實驗二 用雙棱鏡干涉測鈉光波長

1、.實驗二 用雙棱鏡干涉測鈉光波長實驗?zāi)康?、 觀察雙棱鏡產(chǎn)生的雙光束干涉現(xiàn)象，進一步理解產(chǎn)生干涉的條件；2、 學(xué)會用雙棱鏡測定光波波長。實驗儀器雙棱鏡，可調(diào)狹縫，會聚透鏡（f=20cm,=35mm兩片），測微目鏡(JX8)，光具座(JZ-2)，滑塊（5塊）、滑塊支架（5個）、白屏，鈉光燈(Gp20Na)。實驗原理如果兩列頻率相同的光波沿著幾乎相同的方向傳播，并且這兩列光波的位相差不隨時間而變化，那么在兩列光波相交的區(qū)域內(nèi)，光強的分布不是均勻的，而是在某些地方表現(xiàn)為加強，在另一些地方表現(xiàn)為減弱（甚至可能為零），這種現(xiàn)象稱為光的干涉。菲涅耳利用圖（一）所示裝置，獲得了雙光束的干涉現(xiàn)象。圖中雙棱鏡A

2、B是一個分割波前的分束器，它的外形結(jié)構(gòu)如圖（二）所示，將一塊平玻璃板的上表面加工成兩楔形板，端面與棱脊垂直，楔角A較?。ㄒ话阈∮?0）。從單色光源M發(fā)出的光波經(jīng)透鏡L會聚于狹縫S，使S成為具有較大亮度的線狀光源。當(dāng)狹縫S發(fā)出的光波投射到雙棱鏡AB上時，經(jīng)折射后，其波前便分割成兩部分，形成沿不同方向傳播的兩束相干柱波。通過雙棱鏡觀察這兩束光，就好像它們是由虛光源S1和S2發(fā)出的一樣，故在兩束光相互交疊區(qū)域P1P2內(nèi)產(chǎn)生干涉。如果狹縫的寬度較小且雙棱鏡的棱脊和光源狹縫平行，便可在白屏P上觀察到平行于狹縫的等間距干涉條紋。設(shè)代表兩虛光源S1和S2間的距離，為虛光源所在的平面（近似地在光源狹縫S的平面

3、內(nèi)）至觀察屏P的距離，且，干涉條紋寬度為，則實驗所用光波波長可由下式表示：上式表明，只要測出、和，就可算出光波波長。這是一種光波波長的絕對測量方法，通過使用簡單的米尺和測微目鏡，進行毫米量級的長度測量，便可推算出微米量級的光波波長。由于干涉條紋寬度很小，必須使用測微目鏡進行測量。兩虛光源間的距離，可用一已知焦距為的會聚透鏡L，置于雙棱鏡與測微目鏡之間，如圖（三），由透鏡兩次成像法求得。只要使測目鏡到狹縫的距離d4f，前后移動透鏡，就可以在L，的兩個不同位置上從測微目鏡中看到兩光源S1和S2，其中之一組為放大的實像，另一組為縮小的實像。如果分別測得二放大像的間距d1和二縮小像的間距d2，則根據(jù)下

4、式：即可求得兩虛光源之間的距離d，。實驗內(nèi)容1、 調(diào)節(jié)共軸（1） 將單色光源M、會聚透鏡L、狹縫S、雙棱鏡AB與測微目鏡P，按圖（一）所示次序放置在光具座上，用目視粗略地調(diào)整它們中心等高、共軸，并使雙棱鏡的底面與系統(tǒng)的光軸垂直，棱脊和狹縫的取向大體平行。（2） 點亮光源M，通過透鏡照亮狹縫S，用手執(zhí)白屏在雙棱鏡后面檢查：經(jīng)雙棱鏡折射后的光束，有否疊加區(qū)P1P2（應(yīng)更亮些），疊加區(qū)能否進入測微目鏡，當(dāng)白屏移動時疊加區(qū)是否逐漸向左、右或上下偏移根據(jù)觀測到的現(xiàn)象，作出判斷，再進行必要的調(diào)節(jié)（共軸）。2、 調(diào)節(jié)干涉條紋（1） 減小狹縫寬度（以提高光源的空間相干性），一般情況下（在近處）可從測微目鏡觀察

5、到不太清晰的干涉條紋。若遠一點觀察不到干涉條紋，有兩種原因，一是各光學(xué)系統(tǒng)沒有共軸，二是棱鏡的棱脊與狹縫的取向沒有嚴格平行。（2） 在光具座的另一端，根據(jù)視差原理用眼睛直接往棱脊及狹縫的方向觀察，可觀察到一條或多條與眼睛的運動方向相反的斜線或斜干涉條紋，這時可根據(jù)條紋的傾斜方向來判斷相對于狹縫來說棱脊偏向哪一邊（3） 繞系統(tǒng)光軸緩慢地向左或右旋轉(zhuǎn)雙棱鏡AB，當(dāng)然也可旋轉(zhuǎn)狹縫，使得眼睛在光具座的另一端觀察不到與眼睛的移動方向相反的斜線或斜干涉條紋，這時棱鏡的棱脊與狹縫的取向嚴格平行，可從測微目鏡中觀察到清晰的干涉條紋。（4） 為便于測量，在看到清晰的干涉條紋后，應(yīng)將雙棱鏡或測微目鏡前后移動，使干

6、涉條紋的寬度適當(dāng)。同時只要不影響條紋的清晰度，可適當(dāng)增加縫寬，以保持干涉有足夠的亮度。雙棱鏡和狹縫的距離不宜過小，因為減小它們的距離，S1、S2間距也將減小，這對d，測量不利。3、 測量與計算（1） 用測微目鏡測量干涉條紋的寬度。為了提高測量精度，可測出15條干涉條紋的間距，再除以15 ，即得。測量時，先使目鏡叉絲對準某亮紋的中心，然后旋轉(zhuǎn)測微螺旋，使叉絲移過N個條紋，讀出兩次讀數(shù)。重復(fù)測量幾次，求出。（2） 用米尺量出狹縫到測微目鏡叉絲平面的距離，測量幾次，取其平均值。（3） 用透鏡兩次成像法測兩虛光源的間距。保持狹縫與比棱鏡原來的位置不變，在雙棱鏡和測微目鏡之間放置一已知焦距為的會聚透鏡L

7、，移動測微目鏡使它到狹縫的距離大于4，分別測得兩次清晰成像時實像的間距d1、d2。各測量幾次，取其平均值，再計算值。（4） 用所測得的、值，求出光源的光波波長。（5） 計算波長測量值的標準不確定度。【注意事項】使用測微目鏡時有以下幾點要注意：（1）要確定目鏡的準確度及鼓輪轉(zhuǎn)動讀數(shù)增大的方向，并選取合適的初始點；（2）一次測量中鼓輪只能單向移動，不能中途倒轉(zhuǎn)；（3）干涉條紋應(yīng)與豎直雙線平行無視差。（4）到達刻度線零點后，應(yīng)立即返回，以免損壞測微目鏡。（5）測量豎直雙線位置之前，要稍微改變一下狹縫寬度，使雙線比較細長。讀數(shù)時對準條紋中最亮的位置。還應(yīng)使測微目鏡與狹縫的距離大于80cm，測量時固定住

8、各元件。（6）使用鈉燈應(yīng)注意：燈點燃后，需等待一段時間才能正常使用。熄滅后有冷卻過程，等冷卻后才能重新啟動。切勿盲目地多次開關(guān)光源，以免降低燈管壽命。點燃時不得撞擊或振動，否則熾熱的燈絲容易震壞?！舅伎碱}】1 調(diào)整光路時應(yīng)注意哪些問題，其步驟如何？2 當(dāng)狹縫變寬時，對干涉條紋的清晰度會有什么影響？這說明了什么？3 為什么在測量虛光源像的間距時，應(yīng)消除像和叉絲之間的視差？測量干涉條紋間距時，要不要消除視差？為什么？4 若將本實驗中所用的鈉光燈改成汞燈，將產(chǎn)生怎樣的干涉條紋？條紋間隔將如何變化？條紋間隔與波長有何關(guān)系？數(shù)據(jù)記錄表（一）測干涉條紋的寬度，n=15，（單位：mm）次數(shù)12345表（二）測狹縫到測微目鏡叉絲平面的距離，微目鏡分劃板平面的修正量為32.0mm,(單位：mm)(注意：狹縫的位置在滑塊的前端)狹縫位置S微目鏡叉絲平面位置P表（三）測兩虛光