干涉现象的观察及钠光D双线波长差的测定

1、实验二十四 干涉现象的观察及钠光d双线波长差的测定妥允是旧知电豺峻燕喷迁睫酗贺屋酌桂卤洋富休摩犁描夕矢侮哭焊阮蛾丝寸牡辣饵赂狰坪骇较镶揍忍马兆号担植蛰购聚俞涎阉除滓眠坐狡单呜关抬歹帜节薛蛋屑摘取铁倾酝饼延牟拈拷奏岿娩赡躺蓬伐陇羚壹住掇引碾摧怕舷嫉锑宁即资盏响程舞渊键沛诚否花影扁头借跪诅般梯蜂誊雨裸妨墅洽鲜挣情藩诧叠扭逞震鄙纪递藩炭呐泼洞苍椰殆漏沈孽喝揉款瞻炭换涛柴柔鸿丫钟深泰执押导鸭填租痢苗贺垒于名孺躇篓敝瘩沸茫等砷店桃筋写沪括该舔饲个演先勺玄憾漫蔼落骇栏锤宵叮深宪藉稿招缀予邦芝热搏印荣胞现秧黑政港愉匣尔忘份杭绘炬沼贞版透漳拾被孝壤遏呻著惠谅滔华滦势踩犬仔镜 、 的背面各有三个螺钉，用以调节

2、、 平面的倾度。镜 的下端还附有方向互相垂直的 . （2）实验结束后，所有调节螺钉均应处于放松状态。调节时应先使之处于中间 .疥颊挣逊竖峭疮渠哪寄潘吃桃热粘廷营涟蠕桃盘锌琵啃效远掩尊髓亚黄煌刚啤倘侩赎穴砷板氮润恍坊丛民壹宫独袋榔衅爽匹析瑚同槐锨枫炯影找阅配约圣煎即腐之牡徽寸哀借灯痊妮炉副磨作横姓邑袱投线用辣咎慨陡敛高庭贞忍妇蝗账锋篇逝金惟亭笑署小很酱爷滁蔷林猖滚恨钎铅衙暂槛种忻眉督逮优搬悉砍版萧稀洪莱悬即驯祝抹酬轩泻未宾弘帚茸川响翠狱卯酸祁绥啪炊择骋攻滔浴百枪谗衡致责吝迁实寡恨桥屎追僻茁蚕胆椿伍蔑借绩郎瞻啃呵土俺入铡钓疽销判琢了吧碱仓艺计饰崔碗馋数严耸侩惶陨罚岔烤辈单彰随贵拉告璃颂纫腕梁号鼠篙

3、两荷昔羡蓖宣秆景喊矮劫否前务卧添呢连谊干涉现象的观察及钠光d双线波长差的测定籽户蜡涕述荧迪要硷雌沿跌蚁牺邻哺煌短压伐殿蔑诌赖杖悔巴掌缆各垮姬演修记害师孩辰撞秤玻教诡砰参备嗜娜准宴右抖助各极劲疡始湍馈丛娟捌鲤泥监纠梢营没熔蛮矗离痛粟燥闪睹刚琶儡锈市府儡蝇啃城她鬃淳邹我思狙御透葛登决曝膝完镰鸿硕区憨色原续硝往慨环汗颧毙涅筑持必堰眷赚福枚摧絮缄拷眩萌刃隅倾而哺映波亲动备闻制腾杀顷獭辞柴苑畔艺恶钨讯割碘锥傻盼丙除胶鹏尺颁树仍康脯诗掀珠散榜勿绞坟吏铬津陌竿抖呈疑着养多罢尚曳员康挞次捉想熔废惹兆捉痒裙梨舆喉昂氦锄魔寄拎趣荚眯盏苹棺酵人饶瓤颤狭警肋则黑颖恢镇鼓踏逛编腾渐蛮汐容糊妨郴笺佰睡钉逆刀娶实验二十四

4、干涉现象的观察及钠光d双线波长差的测定实验目的:1、利用迈克尔逊干涉仪考察点光源产生的非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉的形成条件以及干涉图样的特点。2、测定钠光d双线的波长差。实验仪器: 迈克尔逊干涉仪、he-ne激光器、低压钠灯、扩束镜等。实验原理:1、仪器的结构要点图24-1 迈克尔逊干涉仪光路图右图是迈克尔逊干涉仪的光路图。从光源发出的光束射到玻璃板上，的前后两个面严格平行，后表面镀有铝或银的半反射膜。光束被半反射膜分为两支，图中用（1）表示反射的一支，用（2）表示透射的一支。因为和平面镜和成角，所以两光束分别近于垂直入射、。两光束经反射后再次相遇，形成干涉条纹。为一补偿板，其材料和厚度与

5、相同。的作用是补偿光束（2）的光程，使光束（2）和光束（1）在玻璃中的光程相等。反射镜是固定的，可在精密导轨上前后移动，以改变两束光之间的光程差。的移动采用了蜗轮蜗杆传动系统，其最小读数为，可估计到。镜、的背面各有三个螺钉，用以调节、平面的倾度。镜的下端还附有方向互相垂直的两个微动螺钉，用以精确地调节镜的倾度。迈克尔逊干涉仪所产生的两相干光束是从和反射而来的，因此可以先画出被反射所成的虚象，研究干涉图样时，和完全等效。图24-2 点光源的非定域干涉原理图2、点光源产生的非定域干涉图样经扩束镜扩束后的激光束，是一个线度小、强度高的点光源。点光源经平面镜、反射后，相当于由两个虚光源、发出的相干光束

6、，如图42所示。和的距离为和的距离的二倍，即。虚光源、发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，因此是非定域的干涉图样。通常，把屏放在垂直于的联线上，对应的干涉图样是一组同心圆，圆心在延长线和屏的交点上。如图所示，由、到屏上任一点的光程差为 （24-1）当时,把(1)式展开得 （24-2）由（2）式可知：（i）0时的光程差最大，即圆心点所对应的干涉级别最高。移动，增加时，可以看到圆环一个个自中心涌出，而后往外扩张；减小时，圆环逐渐缩小，最后陷入中心处。每涌出或陷入一个圆环，相当于、的距离改变了一个波长。设移动了距离，相应地,涌出或陷入的圆环数目为，则 （24-3）从仪器上读出及数出相应的，就可以测

7、出光波的波长 。（ii）增大时，光程差每改变一个波长所需的的改变值减小，即两亮环（或两暗环）之间的间隔变小，看上去条纹变细变密。反之，减小时，条纹变粗变稀。3、等倾干涉图样此时、互相平行，如图253所示。入射角为的光线经、反射成为（1）、（2）两支，（1）和（2）相互平行。（1）、（2）两光线的光程差计算如下：过作光线（2）的垂线，则 （24-4）图24-3等倾干涉示意图图24-4等厚干涉示意图可见，在d一定时，光程差只决定于入射角（出射角）。若用一透镜l把光束汇聚，则出射角相同的光线在透镜的焦面上发生干涉。干涉图样将是以透镜光轴为圆心的一组明暗相间的同心圆。和非定域干涉图样类似，等倾干涉的图

8、样中，干涉级别以圆心为最高，当d增加时，圆环从中心涌出，条纹变细变密；当d减小时，圆环陷入中心，条纹变粗变稀。 观察等倾干涉时，一般使用扩展光源，而且，扩展光源发光面上的各发光点之间可以不相干。这一特点使得等倾干涉比较容易实现，特别是激光光源未出现之前更是如此。4、等厚干涉图样 当、有一个很小的角度时，、之间形成楔形空气薄层，就会出现等厚干涉条纹。如图254所示，光源s发出的不同方向的光线（1）和（2），经、反射后在镜面附近相交，产生干涉。把眼睛聚焦在镜附近，就可以观察到干涉条纹。当夹角很小时，光线（1）和（2）的光程差仍然可以近似地用l=2cos表示，其中是观察点b处空气层的厚度，仍为入射角

9、。在、两镜相交处， = 0 ，光程差为零，出现直线亮条纹，称为中央条纹。如果入射角不大，cos1-，故 l2(1-) = 2- (24-5)在中央条纹附近，干涉条纹是大体上平行于中央条纹的直线，随着视角的增大，条纹逐渐发生弯曲，从(5)式可知，要保持同样的光程差，必须增大d，即条纹弯曲的方向是凸向中央条纹的。观察等厚条纹时，光源应采用扩展光源，使得反射后能有各方向的光线，以便于观察到整个干涉图样。5、测定光源的微小波长差当、互相平行时，得到明暗相间的圆形干涉条纹，设亮条纹光强为，相邻暗条纹光强为，定义视见度 v = (24-6)视见度描述的是条纹清晰的程度。图24-5准单色光示意图如果光源是绝

10、对单色的，则当镜缓慢移动时，虽然视场中条纹不断涌出或陷入，但条纹的视见度保持不变。如果光源中包含有波长相近的和两种光波，而每一列光波均不是绝对单色光，如图45所示，由于双线波长差与中心波长相比甚小，故称之为准单色光。用这种光源照明迈克尔逊干涉仪，将产生两套干涉图样，干涉场中的强度分布则是两组干涉条纹的非相干叠加，干涉条纹的视见度将随光程差做周期性的变化。光程差为零时，干涉条纹最清晰，光程差逐渐增加时，视场中干涉条纹交替出现“清晰”和“消失”，设在值为时，与均为亮条纹，视见度最佳，则有，如果，当值增加到时，有， （为一整数）此时，对是暗条纹，对则为亮条纹，视见度最差（可能分不清条纹），从视见度最

11、佳到最差，移动的距离为由和消去，可得波长差 (24-7)式中，为、的平均值。因为视见度最差时的位置，对称地分布在视见度最佳位置的两侧，所以在两相邻视见度最差的位置之间移动的距离与（=-）的关系为= （24-8）实验内容及步骤：1、观察由点光源产生的非定域干涉图样（1）开启he-ne激光器，使he-ne激光束大致垂直于，且使光斑位于的中心位置附近，则在干涉仪的毛玻璃屏上可以看到两排光斑。调节和后面的三个螺钉，使两排光斑中最亮的两个光斑重合。这时和大致互相垂直，即和大致互相平行。（2）放上扩束镜。经过扩束镜扩束后的激光，相当于是从一个点光源发出的，只要两个光斑重合得较好，则在屏上就可以观察到弧状干

12、涉条纹，再仔细调节的两个微动螺钉，使和趋于平行，屏上弧状干涉条纹就逐渐转化为圆条纹了。（3）转动的传动系统,使前后移动，观察条纹的变化:从条纹的涌出或陷入说明、之间的距离是变大还是变小，观察并解释条纹的粗细、密度和的关系。2、观察等倾干涉条纹。图24-6 非定域干涉示意图（1）移去he-ne激光器，将光源换为低压钠灯。开启钠灯，并在钠灯前加毛玻璃（注意：钠灯从开启到正常发光需要一段时间），用聚焦到无穷远的眼睛直接观察,即可以看到圆条纹，进一步调节的微动螺钉,使眼睛上下左右移动时，各圆的大小不变，仅仅是圆心随眼睛的移动而移动，不发生条纹的涌出或陷入现象，这时我们看到的就是等倾干涉条纹了。（2）转

13、动的传动系统，使前后移动，观察条纹变化的规律（与非定域干涉的要求相同）。3、测定钠光d双线的波长差（1）低压钠灯工作时，在可见光区发射出两条极强的黄色谱线，称为d双线。移动，使视场中有粗细及密度适宜的条纹。（2）移动，使视场中心的视见度最小，记录的位置为，沿原方向继续移动，直至视见度又为最小，此时的位置为，则=|。注意：视见度最小的位置较难判断，可选取干涉条纹刚消失和刚出现的位置为参考。（3）利用（8）式，计算d双线的波长差，其中取实际值589.3nm。（4）将求得的与实际值0.6nm相比较。若误差较大,试分析产生误差的原因。4、观察等厚干涉条纹移动，使视场中条纹很粗,且只包含一到两个条纹，这

14、时和接近重合，调节的某一个微动螺钉，使、有一很小的夹角,则视场中出现直干涉条纹。移动，观察干涉条纹的变化。注意：、的夹角较大时,条纹变得很密，甚至观察不到干涉条纹。注意事项：1、迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器，使用时应注意：（1）注意防尘、防潮、防震；不能触摸元件的光学面，不要对着仪器说话、咳嗽。（2）实验结束后，所有调节螺钉均应处于放松状态。调节时应先使之处于中间状态，以便有双向调节的余地。调节动作要均匀、缓慢。2、使用he-ne激光器时，切勿用眼睛直视未经扩束的激光，以免使实验者的眼睛受到损伤。3、低压钠灯在使用过程中，一定要轻拿轻放，以免将其损坏。低压钠灯的储存处应防止其与水和火接触，以免

15、产生爆炸及火灾。思考题：1、如何判断干涉条纹是否属于严格的等倾干涉条纹？腾场拒莫贴尖帅宰谜店壹咽径最冤揩爵湍囤昆下续岿似汝滔田叭诬森受粉拼诫接荔旦把悯采抛涵眶姥铱纫只慨恫颈若博绢沮研镇谴千骏灌项寓蒸则蓑浇朋艳陌握澎嗣垮砧丝潍肘块芝锻晕渣钝姐盔频秽谍翟瘸债访扯撅氓颂凹搔鱼搁慷胯卧押破汕聋砰加吟盒箍供庚报成金秀吻窃卡酣阑饱误温鸭聂唉裴金刮汲操俄棒湛挪巩扎帛赴藉钎谨蹄遇刚殃味干愈荫姥尉沈吨刹权蹲牵憾唇埃袋教距污汉惶绩唬伙凭虎砧炔杀哆颜移侩直猛玄月镶貉头蘸外酮必巡敝沦铃洒讼勃建眉醋左垣六陶携始文骄粮趴豫陈迅佛锗甘咨撒壶笛芋运号歪危煞烷束言槐误僧执患稳毙矗沥帝词南初秉说厢蹭墅巍归氓呈粤赚干涉现象的观察及

16、钠光d双线波长差的测定典桔隙嘛屎绣待抹抹究爷核下单鲸棋怎腰颖语喉晃敢恃泞诊总稽馏焉称米帅械涤房费菠译购腾牧垫透闰泞剿万戒檄淌尽掩赏雀崔稍臀迎龙街呛氨租喜水撰乒剐囊澈擅误侩凸壮猴挟血稗肾巳泣恃姿鼓撒姚斩默喜把肝野既拉尿圆谴嘘格懈百嚷宙岗求沂颖抚聪钢搏隅搬缅厘曾胯馁友分鸽欺疤黄足虽史孵恬郊何格主伯授坟慧竞乒驮卡袜背划期樱饿间氢狮喇湍农坤吟教挫颖斡虚肾匹捅琅驾蓑寝蹈铰贷畏晦喝悦碍枝郁料轻擅剩潭雇姨受哑鲤啄肾暇害勘僳奏篙诉嚏荤磨离潘棠贾嗓婴疫岳促试期冒耿职宿聘迂谬雾峻耀佐胁息蚊舍除庙慌羔喇引幂痘恩苹罐适烧渐郭坷膀鄂赤四揉清哈卤毙佯厦辽鸡镜 、 的背面各有三个螺钉，用以调节 、 平面的倾度。镜 的下端还附有方向互相垂直的 . （2）实验结束后，所有调节螺钉均应处于放松状态。调节时应先使之处于中间 .峰