试验八用双棱镜干涉测钠光波长

1、双棱镜干涉菲涅耳双棱镜实验是一种分波阵面的干涉实验，实验装置简单，但设计思想巧妙。它通过测量毫米量级的长度，可以推算出小于微米量级的光波波长。1881年菲涅耳用双棱镜实验和双面镜实验再次证明了光的波动性质，为波动光学奠定了坚实的基础一、实验目的1. 观察双棱镜产生的双光束干涉现象，进一步理解产生干涉的条件；2. 学会用双棱镜测定光波波长。二、实验仪器双棱镜、扩束镜、辅助透镜（两片），测微目镜、光具座、白屏、激光光源三、实验原理将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角 1 ）（如图1）。从激光器S发出的光经扩束镜 到达狭缝S,使S成为具有较大光亮度的线 状光源。当狭缝S发出的光

2、波投射到双棱镜 AB上时，经折射后，其波前便分割成两部 分，形成沿不同方向传播的两束相干柱波。 通过双棱镜观察者两束光，就好像它们是由虚线光源S1和S2发出的一样，故在两束光 相互交叠区域P1，P内产生干涉。如果狭 缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝 平行，便可在白屏A较小（一般小于图1双棱镜示意图等间距干涉条纹如（图2）。P区域中的任何P上观察到平行于狭缝的 将白屏放到P1、 位置，均可以到明暗交替的干涉条纹。激光器A图2双棱镜干涉原理设d代表两虚光源S1和S间的距离，d为虚光源所在的平面（近似的在光源狭缝 S的平 面内）至观察屏P的距离，若观察屏中央 0点与S1、S,的距离相等，则由 S

3、1、S2射束的两 束光的光程差等于零，在 0点处两光波互相加强，形成中央明条纹；其余的明条纹分别排 列在0点的两旁。假定 Q是观察屏上任意一点，它离中央点0的距离为x。在d= d时，& xAS1S2S1 和ASOQ可看做相似三角形，且有一 （因.QSO很小，可用直角边 d代替斜d d边），当5 =型=k 入（k =0, _1,一2, _3）d或x = d 二 kUk=0, 一1,_2,_3）d则两光束在Q点相互加强，形成明条纹。当注竺二 2k -1 ?(k =1,_2,_3)d2或x=d=2k-1 - (k=： 1,_2, _3 )cT2则两束光在Q点相互削弱，形成暗条纹。两相邻明(或暗)条纹

4、间的距离为人d)LX =Xk 1 -Xk-d上式表明，只要测出d d和Ax ,就可算出光波波长。 这是一种光波波长的绝对测量方法， 通过使用简单的米尺和测微目镜， 进行毫米量级的长度测量， 便可推算出微米量级的光波波 长。图3干涉条纹与相位差由于干涉条纹宽度 X很小，必须使用测微目镜进行测量。四、实验内容1. 安排好光路，将激光器、扩束镜 K、双棱镜AB与测微目镜P,按图2所示次序放置 在光具座上，用目视粗略的调整它们中心等高、共轴，并使双棱镜的底面与系统的光轴垂直， 棱脊竖直。2. 调整激光器的位置，使激光束与光具座的导轨中线重合，并与双棱镜等高。扩束镜 与激光同轴。激光束要对称的正射于双棱

5、镜的棱脊上，否则看不到清晰的干涉条纹。3点亮激光器照射扩束镜K，用手持白纸屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束，调节各器件的位置， 使激光束水平射出，与光具座导轨基本平行， 通过扩束透镜的中心， 入射在双棱镜的脊上。 此时应在光屏上看到明暗相间的干涉条纹。根据观察到的现象作出判断，再进行必要的调节(共轴)。实验表明，入射在双棱镜上的光斑大一点干涉条纹较好。4. 调节干涉条纹，绕系统光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜AB ,将显示出清晰的干涉条纹。为便于测量，在看到清晰的干涉条纹后，应将双棱镜后测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当。双棱镜和扩束镜的距离不宜过小，因为减小它们的距离，S1、S,间距

6、也将减 小，这对d 的测量不利。5. 测量与计算：(1) 观察到清晰的干涉条纹后，将测微目镜干涉区域一段逐步移向另一端，并使其移动方向和干涉条纹垂直，记录各级条纹所对应的读数x1 , x2 , x3 , x4 , x5, x6, x7, x8 ,X9 , X10。用逐差法处理数据，取出Ax平均值。注意，测量过程中双棱镜不得移动。测量之 后K、AB、P不能移动。(2) 用米尺量出扩束镜 K到测微目镜叉丝平面的距离 d，测量几次，取其平均值。(3) 测量两虚光源S1、S2的间距。6保持扩束镜与双棱镜原来的位置不变，在双棱镜和测微目镜之间放置已知焦距为f的会聚透镜L ,移动测微目镜使从测量显微镜中能

7、清晰的看到S1、S2的像。测量K到L的距离，和K到P的距离，即物距u和像距v ,再测量显微镜中两个虚光源的像的间距z ,则按透镜成像公式可以算出dUzv7.用所测得的Ax,d；d值，求出光源的光波波长8计算波长测量值的标准不确定度9.数据处理表1双棱镜干涉条纹数据条纹序号12345条纹位置/ mm条纹序号678910条纹位置/ mm5ix / mmZ / mm求出 X和（r-x。表2双棱镜虚光源数据测量次数123虚光源S1、S2像的位置z1 / mmz2 / mm虚光源的像的间距z =匕-z2 / mm物距u /mm像距v /mm虚光源间距d扩束镜K到测微目镜P距离d求出d和弔，和d和弔。 计

8、算出波长并给出结果 入二入一臥 五、实验装置介绍本实验装置由双棱镜、测微目镜、光具座、光源和透镜等组成。测微目镜是用来测量微 小实像线度的仪器，其结构如图4（a）所示。在目镜焦平面附近，有一块量程为8 mm的刻线玻璃标尺，其分度值为 1 mm （如图4（b）中的8条短线所示）。在该尺后0.1 mm处，平行地 放置了一块分划板， 分划板由薄玻璃片制成，其上刻有十字准线和一对双线。人眼贴近目镜筒观察时，可同时看到这块分划板和玻璃标尺的刻线，如图4（b）所示。分划板的框架与读数鼓轮相连，当读数鼓轮旋转时，分划板会左右移动：鼓轮每转一圈（100小格），分划板移动1 mm （即每小格0.01 mm ）。测量微小实像时，先调节目镜与分划板间的距离，使能清晰 地观察到分划板上的准线； 然后调节测微目镜与待测实像的距离使实像也清晰并与准线无视 差；以后旋转鼓轮使准线对准待测像的一边，读下此时玻璃标尺的读数和鼓轮读数；再旋转鼓轮使准线对准待测像的另一边，读下玻璃标尺的读数和鼓轮读数；最后把前后两次读数相减，即得待测像的长度。测微目镜的不确定度限值为0.004 mm，测量时应注意鼓轮必须同一方向旋转，中途不要倒退，以避免螺距误差。(b)图4测微目镜六、注意事项1. 使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置的分格精度；要注