实验一用法布里-珀罗(F-P)干涉仪测量钠黄双线的波长差

1、实验一 用法布里-珀罗（F-P）干涉仪测量钠黄双线的波长差【实验目的】1、了解F-P干涉仪的结构，掌握调节与使用F-P干涉仪的方法;2、用F-P干涉仪测定钠黄双线的波长差。【仪器和装置】两块内侧面镀高反射膜的光学玻璃板。其中一块固定位置安装，另一块由测微螺旋经 20:1（ 50:1 ）机械传动装置控制移动，并由预置螺旋控制，实验前可按实验需要将动镜预置 到某一位置。光源是低压钠灯，通过毛玻璃可形成扩展的面光源。助视工具是一个小型显微镜，配升降调节磁性座。【主要技术指标】反射镜：430mm,平面度1/20 Z移动镜预置螺旋：最小分度值0.01mm行程10mm测微螺旋精度：最小分度值0.01mm估

2、读0.001mm(20:1)最小读数值0.0002mm,行程0.5mm(50:1)低压钠光源：20W【实验原理】法布里-珀罗（F- P）干涉仪是根据平行平面板反射单色光的多光束叠加产生细窄明亮干涉条纹的基本原理制造的，如图2所示，F-P干涉仪的主要部件是两块各有一面镀高反射膜的玻璃板G和G2,使镀膜面相对，夹一层厚度均匀的空气膜，利用这层空气膜就能够产生多光束干涉现象。来自光源任一点的单色光以入射角9照射到平行板测量精度最小读数值0.0005mm,行程1.25mm上，这时透射光是许多透过平板的平行光束 的叠加。任一对相邻光束的光程差为右=2nd cos日并且由计算得出，透射光束叠加后的光强式中

3、R是反射率。这个结果表明，r随6改变而变化。并且，当6 = m几 (m = 0,1, 2)时r为极大值。当 = (2m + 1“/2(卄 0, 1, 2)3、时，I为极小值。【实验内容及步骤】、实验准备，观察多光束干涉条纹1、光学实验平台上，放置F-P干涉仪使其面向实验者,仪器中心离实验台边缘约40cm 并将仪器的两个磁性底座锁紧。转动预置螺旋，直到G|和G2两个镜面相距约1mm （注意：切勿使两镜相碰）。2、低压钠灯S安置在光路中的适当位置，取下毛玻璃屏,插入灯窗挡板至钠灯，通过灯窗挡板小孔的光束在两个镜面之间反射形成一系列光点,需用镜子的调节旋钮消除镜面间的倾斜角，使正对镜面观察时这些光点

4、是重合的，表明两镜面已近乎平行。 此时通过F-P干涉仪镜面已可看见干涉条纹。离F P干涉仪镜面约10cm处放置f=45透镜，离透镜约20cm （两底座之间） 处放置小型显微镜。此时取下灯窗挡板，再在F-P干涉仪上插入毛玻璃屏FG形成面光源，就能够从该系统（图3）的轴向观察到一系列明亮细锐的多光束干涉圆环。经过更细致的调节，当圆环很清晰且干涉环不随眼睛的移动发生直径大小的变化，表明两个镜面已经严格平行了。 f - -在另一长度上，一套干涉环恰好夹在另一套干涉环中间,此时干涉环看起来最为密集。仔细图3观察多光束干涉条纹二、测定钠黄双线的波长差预置照亮毛玻璃屏FG的钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套

5、同心的圆形干涉条纹。螺旋和透镜不动，调节测微螺旋，在移动动镜改变G1和G2距离（注意勿使两镜相碰）的过此时干涉环看起来最为稀疏；而程中，可以发现，在某长度上，这两套干涉环会重叠起来,操作，可以相当准确地测定这一居中位置。根据前面实验原理，透射光的加强条件为（极大）若只考虑环系的中心处（COS0 = 1）,当一环系位于另一环系中间时则有2d = gk = I g +11 2丿(1)其中1 沁。当动镜继续移动，经过二环系重合，再度居中时,2d2 = 口21 =12;从式减去式，得到292-*) =(m2 - mJ =若扎1和/2波长差很小，近于相等,则得2(d2 - di)其中肾或可为二波长平均值

6、的平方）盒。对钠黄双线，可取（589. 3nm） 2。实验时,测微螺旋（适当配合预置螺旋），先使Gi和G2两镜逐渐靠近，直到几乎接触（但不可相碰），此时钠黄光产生的两个干涉环系实际上相重合。随着动镜逐渐移开，两个环系也逐渐分开,i，继续移远动镜，两个环系经直到一环系恰好位于另一环系中间时，记下测微螺旋读数D2 （如图过重合又分开，当一环系再次恰好位于另一环系中间位置时，记下测微螺旋读数D4）。图4读数示意图因实验测得微螺旋读数（D2D I）是与玻璃板G和G距离（d2 d|）之比为 K=20:1（50:1 ）,因此在处理数据时公式（3）中的（d2 di ） = （D 2-D i）/ K，代入公式经计算,即可得钠黄双线波长差。本实验宜进行多次测量取平均值。FG5实验光路图在光路中加入一个小型显微镜对观测工作更有利（如图5）。它将干涉圆环经过透镜L成的实像放大成虚像。【数据记录及处理】DiD 2D 2 D Id2 di第一组第二组表1实验数据表第三组平均值d2 -d代入公式（3）计算出钠双线波长差打-几2。【实验注意事项】1、仪器轻拿轻放