20实验二十 洛埃镜干涉

1、实验二十 洛埃镜干涉Experiment 20 Lloyds mirror Interference洛埃镜实验是历史上用来证实光存在干涉现象，从而明确光具有波动性的著名实验之一。该实验原理简单，既可观测干涉条纹，又可验证半波损失，是大学物理光学实验中一个理想的实验内容。实验目的experimental purpose观察洛埃镜干涉现象及测量光波波长实验原理experimental principle洛埃提出一种更简单的获得干涉现象的装置。普通平面镜MN构成的反射镜，缝光源与反射镜面平行。来自缝光源的光向反射镜掠入射（入射角接近90度），再从反射镜反射射向屏幕AA。狭缝光源S发出的一部分光波直接

2、射向屏幕DD。 另一部分反射光与直接从S射来的光是从同波前分出的，所以是相干的，因此在两部分光的重叠区域产生明暗相间的干涉条纹。从观察者看来，两束相干光分别来自S和，是光源S在反射镜中的虚像。洛埃镜实验不仅显现出光的干涉现象，更重要的是它还揭示了光在介质表面反射时的位相变化。图1 洛埃镜从图1中看出，两相干光波在幕上的重叠区是在P和P之间。将屏幕向平面镜方向移动，使之与镜右端N点紧密接触(AA的位置)。从几何路程上看，光源S直射到N点的光程与S射到N点的光程相等，预料N点应为亮点，但实际上N点却是暗点（干涉极小），这说明两相干光在N处的光振动具有相反的相位，这是因为光在掠入射条件下，在镜面上反

3、射时要产生数值为的相位突变abrupt phase change，这种相位突变相当于光波少走或多走了半个波长的光程，故称为半波损失half-wave-lost。这样，使得幕上本来是亮条纹的地方变成了暗条纹。（2）半波损失产生的原因：（电磁理论）当光从光速较大（折射率较小）的介质射向光速较小（折射率较大）的介质时，反射光的相位较之入射光的相位发生了跃变，这就相当于反射光与入射光之间有了/2的光程差。有时把这种因为相位跃变而产生的/2，叫做“半波损失”。电磁理论可以解释半波损失。因为光是电磁波，它在两种介质的分界面上反射、折射时，要服从电磁场的边界条件。物理学上由此得出了一组菲涅耳公式，根据这组公

4、式，入射波在正入射（i=00）或掠入射（i=900）时，反射光可能有半波损失。（3）明暗条纹的位置（1）（4）相邻明纹中心或相邻暗纹中心的距离称为条纹间距 可算出它的波长：， （5）说明：1）产生半波损失的条件：两种媒质的折射率不同，且满足n1<n2；2）半波损失只发生在反射光中；3）对于三种不同的媒质，两反射光之间有无半波损失的情况如下： n1< n2< n3 无 n1> n2> n3 无 n1< n2> n3 有 n1> n2< n3 有实验仪器experimental device1、钠光灯（可加圆孔光栏）2、凸透镜L： f=50mm

5、3、二维调整架： SZ-074、单面可调狭缝： SZ-225、洛埃镜： SZ-296、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）7、读数显微镜架 : SZ-388、三维底座： SZ-019、二维底座： SZ-0210、一维底座： SZ-0311、一维底座： SZ-0312、凸透镜： f=150mm13、二维调整架： SZ-0714、通用底座： SZ-01仪器实物图及原理图experimental instrument and principle diagram图3实验步骤experimental step把全部仪器按照图3的顺序在平台上摆放好（图上数值均为参考数值）。靠拢后调至共轴。1、 钠光灯

6、（可加圆孔光栏）经透镜聚焦于狭缝上，将大致处于铅直方位的洛埃镜由狭缝一侧逐渐推向狭缝（如图中箭头所示），使入射光处于掠入射状态，同时用眼在掠反射方向上看去，将看到实缝S与它对洛埃镜的虚像S。随着洛埃镜的前推，S与S将逐渐靠拢，旋转时看到的S与S平行，估计二者间距约在2mm左右的情况下，将洛埃镜的磁座固定住。2、 目视或用激光器，找到被洛埃镜所反射的光路，把测微目镜放在该光路上观察洛埃镜干涉图样，可以发现是等间距的明暗相间的干涉条纹。3、 微测目镜测出干涉条纹的间距x，和D，D为狭缝到测微目镜的距离，再用二次成像法测出两个虚光源的间距d由x=xk+1-xk=便可求出光波的波长，并与钠灯的波长实际值比较，分析误差原因。六、数据处理Data processing利用同双棱镜相同的二次成像法测出虚光源的实像间距d1及d2，算出d值。代入公式即可求出波长。思考题Exercises1、 洛埃镜实验说明了什么？2、 洛埃镜明、暗条纹的条件?3、 干涉条纹的特点（形状、间距、级次位置分布）？关键词 Key words洛埃镜Lloyds mirror，光疏介质 optic