波长的各种测发.ppt

各种单色光波长的测量方法 讲述人 宋俊 主要的几种方法 1 双缝干涉测波长 2 光栅测波长 3 双棱镜测波长 4 麦克尔逊干涉仪测波长 5牛顿环测波长 1 双缝干涉测波长 实验图 因为l d l x r2 r1 dsin x ltan lsin 当两列波的路程差为波长的整数倍 即dx l k k 0 1 2 时才会出现亮纹 亮条纹位置为 x k 干涉条纹间距与光的波长的关系 实验原理 其中 波长 d 两个狭缝之间的距离 l 挡板与屏间的距离 相邻两个明 或暗 条纹之间的距离 测定单色光的波长 已知双缝间的距离d 用米尺测出双缝到屏的距离L 用测量头测出相邻两条亮 暗 纹间的距离 x 由 算单色光的波长 为了减小误差 可测出n条亮纹 暗 纹间的距离a 则可以求出相邻两条亮 暗 纹间的距离 x a n 1 如转动测量头上的手轮 把分划板上的刻线对准视场左边的某一亮条纹 记下读数x1 把分划板向右移动 使之对齐第6条亮条纹 记下读数x2 则 2 菲涅耳双棱镜测波长 如图所示 将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形 两端与棱脊垂直 楔角较小 一般小于1度 当单色光源照射在双棱镜表面时 经其折射后形成两束好像由两个光源发出的光 即两列光波的频率相同 传播方向几乎相同 相位差不随时间变化 那么 在两列光波相交的区域内 光强的分布是不均匀的 满足光的相干条件 称这种棱镜为双棱镜 实验原理 菲涅儿利用图4 6 2所示的装置 获得了双光束的干涉现象 图中双棱镜AB是一个分割波前的分束器 从单色光源M发出的光波 经透镜L会聚于狭缝S 使S成为具有较大亮度的线状光源 当狭缝S发出的光波投射到双棱镜AB上时 经折射后 其波前便被分割成两部分 形成沿不同方向传播的两束相干柱波 通过双棱镜观察这两束光 就好像它们是由S1和S2发出的一样 故在其相互交叠区域P1P2内产生干涉 如果狭缝的宽度较小 双棱镜的棱脊与光源平行 就能在白屏P上观察到平行与狭缝的等间距干涉条纹 设的d 代表两虚光源S1和S2间的距离 d为虚光源所在的平面 近视地在光源狭缝的平面内 至观察屏的距离 且d d 干涉条纹宽度为 x 则实验所用光波波长可由下式确定式表明 只要测出d d和 x 便可计算出光波波长 迈克尔逊干涉原理图 迈克尔逊干涉图样 迈克耳逊干涉仪满足光的干涉条件 一束光经分光板G1分成两束光 经过不同的路径在P处相遇 满足干涉条件 3 麦克尔逊干涉仪测波长 实验原理 实验仪器 麦克尔逊干涉仪 M1与M2之间形成的是一个空气薄膜 设薄膜上下表面平行 则入射倾角 相等的光线经平行膜反射 其相干光形成同一级干涉圆条纹 光程差 2dcos 移动M1的距离 在圆心处冒出或缩入N个条纹 则 N 2 d 根据公式测出N和d的大小 可得 波长的测量 4 牛顿环测波长 实验原理 根据理论计算可知 在反射光中暗环半径rk与入射光的波长 和透镜球面的曲率半径R之间的关系是rk kR 式中 k为正整数0 1 k 称为环的级数 由上式可知 如果用已知波长的单色产生牛顿环 当已知暗环的半径rk 就可算出透镜球面的曲率半径R 若已知R 测出rk 就可算出产生牛顿环的光波波长 所测单色光的波长为 D m D n 4 m n R 5 光栅测波长 若以单色平行光垂直照射在光栅面上 则透过各狭缝的光线因衍射将向各个方向传播 经透镜会聚后相互干涉 并在透镜焦平面上形成一系列被相当宽的暗区隔开的间距不同的明条纹 按照光栅衍射理论 衍射光谱中明条纹的位置由下式决定 或 k 0 1 2 1 3 1 图1 3 1光栅衍射光谱示意图 式中d a b 称为光栅常数 为入射光波长 k为明条纹 光谱线 级数 k为K级明条纹的衍射角 参看图1 3 1 如果入射光不是单色光 则由式 1 3 1 可以看出 光的波长不同其衍射角 k也各不相同 于是复色光将被分解 而在中央k 0 k 0处 各色光仍重叠在一起 组成中央明条纹 在中央明条纹两侧对称分布着k 1 2 级光谱 各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线 这样就把复色光分解为单色光 如图1 3 1 如果已知光栅常数d 用分光计测出k级光谱中某一明条纹的衍射角 k 按即可算出该明条纹所应的单色光的波长 1 调整分光计 测量过程 2 观察光栅衍射现象将光栅正确放置在载物平台上 要求光栅平面平行光管的轴 转动望远镜 观察衍射光谱的分布情况 调节对应的载物台螺钉 使谱线分布基本一样高 3 测量单色光的波长在望远镜中 找到衍射光谱中单色光对应的衍射光方位 然后计算对应的衍射角 k 最后由公式 1 3 1 计算波长 a 入射平行光不垂直光栅平面而引入的误差 当入射光与光栅法线成 角时 对d 1 600mm的光栅来说 30相对误差可算出是0 16 可见偏离角度不大时此误差可以忽略不计 b 如果把光栅放反了 即把涂着药膜的一面对着平行光管 相当于在光路中加了一层介质 如玻璃 由于介质的折射使衍射光线平移了一个距离 介质的两个面是平行的 那么透过介质后的衍射光线的角度不变