用雙光柵Lau效應(yīng)測(cè)量平板玻璃的折射率[1]

1、用雙光柵Lau 效應(yīng)測(cè)量平板玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解并掌握雙光柵Lau 效應(yīng)的基本原理。2.學(xué)會(huì)利用雙光柵Lau 效應(yīng)法測(cè)量平板玻璃的折射率。 實(shí)驗(yàn)原理:1948年法國(guó)科學(xué)家E.Lau 在Talbot 自成像效應(yīng)理論的基礎(chǔ)上提出了雙光柵Lau 效應(yīng),即用擴(kuò)展光源照明兩個(gè)相互平行且有一定間距的相同光柵,在無(wú)窮遠(yuǎn)處可以看到平行干涉條紋的效應(yīng)。根據(jù)Lau 效應(yīng)(原理簡(jiǎn)圖如圖1,使用衍射光柵的基本特性可以得到如下結(jié)果,當(dāng)光柵間距2/20=k z 時(shí),其中,k=1,2,3, 為光柵常數(shù),為入射光波長(zhǎng),在第二個(gè)光柵后無(wú)窮遠(yuǎn)處可以獲得最清晰的干涉條紋。 圖1 Lau 效應(yīng)原理簡(jiǎn)圖當(dāng)擴(kuò)展光源的平行光垂直

2、入射到第一個(gè)光柵(光柵刻線與平行光管狹縫平行,在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中可見(jiàn)幾條衍射像。逐漸加寬平行光管的狹縫,視場(chǎng)中的亮線逐漸展寬,成為幾個(gè)亮帶,如圖2(a 所示。這時(shí)放置第二個(gè)光柵(兩光柵的刻線要平行,調(diào)整兩個(gè)光柵的間距,當(dāng)兩光柵間距為(2/2的整數(shù)倍時(shí),在視場(chǎng)中第一個(gè)光柵的亮帶內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)干涉條紋,如圖2(b 所示。如果在Lau 效應(yīng)的光路結(jié)構(gòu)中,在雙光柵之間插入透明的平板玻璃,可以證明當(dāng)旋轉(zhuǎn)平板玻璃時(shí),Lau 效應(yīng)產(chǎn)生的干涉條紋將會(huì)隨之移動(dòng)。根據(jù)Lau 效應(yīng)和光柵成像原理,將厚度為d 、折射率為n 的標(biāo)準(zhǔn)平板玻璃樣品置于載物臺(tái)上,且入射光線垂直于樣品,轉(zhuǎn)動(dòng)平板玻璃樣品,出射光線橫向位移D 與入射角i

3、 關(guān)系為:1/2221sin sin 1sin i D d i n i -=- -(1 圖2(a 狹縫對(duì)第一光柵的衍射像 圖2(b 望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)內(nèi)看到的Lau 效應(yīng)其中n 為樣品折射率。隨著載物臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng),望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中的條紋發(fā)生移動(dòng),移動(dòng)的距離為D z f(f 為望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距。干涉條紋間距為s ,當(dāng)相對(duì)于望遠(yuǎn)鏡十字叉絲移動(dòng)m 個(gè)條紋時(shí)(建議在本實(shí)驗(yàn)中移動(dòng)10條,有:z D ms f=(20z s f= (3由(1-(3可得:1/22221sin sin 1sin i m d i n i -=- -(4換上待測(cè)樣品(厚度為d 1、折射率為n 1,同樣操作,入射角度為1i ,望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中干涉條紋也移

4、動(dòng)m 條,與標(biāo)準(zhǔn)樣品的參數(shù)關(guān)系式(4比較可得:(222211112111/222cos sin 1cos sin sin 1sin d i n i i d i d i n i =+-(5 利用公式(5,帶入?yún)?shù)即可計(jì)算出待測(cè)樣品的折射率。實(shí)驗(yàn)儀器:光柵兩塊(光柵常數(shù)相同,20條/mm ,鈉光燈(nm 3.589=,分光計(jì)(極限誤差1,標(biāo)準(zhǔn)樣品一塊( 1.5163D n =,待測(cè)樣品一塊,直尺,萬(wàn)向節(jié)四只,鐵板一塊,支桿若干。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1 組裝根據(jù)Lau 效應(yīng)測(cè)量樣品折射率的實(shí)驗(yàn)裝置。 建議:由于空間的限制,0z 的范圍為68cm.2 采用比較法測(cè)量樣品折射率(標(biāo)準(zhǔn)樣品一塊;待測(cè)樣品一塊。 (1

5、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品厚度、移動(dòng)10條條紋時(shí)的入射角, 測(cè)量3次。 (2測(cè)量待測(cè)樣品的入射角,測(cè)量3次。 (3計(jì)算待測(cè)樣品的折射率。3 測(cè)量結(jié)果誤差分析。計(jì)算待測(cè)樣品厚度及入射角的A 類不確定度(n =3,置信概率P =95%, 4.3p t = 實(shí)驗(yàn)步驟:1. 調(diào)整好分光計(jì),即達(dá)到: 平行光管發(fā)出平行光; 望遠(yuǎn)鏡對(duì)平行光聚焦(即接收平行光; 望遠(yuǎn)鏡、平行光管的光軸垂直儀器公共軸。 平臺(tái)面垂直于儀器公共軸2. 打開(kāi)鈉光燈,3-5分鐘后亮度正常;將鈉光燈源、平行光管、望遠(yuǎn)鏡調(diào)整在一條直線上;這時(shí)在阿貝目鏡中應(yīng)看到清晰的分化板和狹縫像,且狹縫像處于分劃板的中央。3.將兩光柵垂直置于光路中,位置在載物平臺(tái)的正上方,兩光柵間距建議距離68厘米左右;目視兩光柵基本平行4.將狹縫逐漸開(kāi)大,在目鏡視場(chǎng)中會(huì)看到條狀光柵的衍射像(012,;柵狹縫大小的選取。建議:在視場(chǎng)中看到亮的條狀光柵的衍射像的寬度和暗條寬度比在1:51:25.調(diào)整萬(wàn)向節(jié)上的方向旋鈕,使光柵刻線相互平行;直到在各級(jí)衍射像的背景上出現(xiàn)平行等間距條紋6.將標(biāo)準(zhǔn)樣品放入載物臺(tái),記下起始讀數(shù),轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺(tái),使衍射像背景上的條紋移動(dòng)10條,記下分光計(jì)轉(zhuǎn)盤讀數(shù);重復(fù)三次,將數(shù)據(jù)填入表格7.取下樣品,將待測(cè)樣品放入光路中,使待測(cè)樣品的表面垂直光路主光軸;8.記下起始讀數(shù),轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺(tái),使衍射像背景上的條紋移動(dòng)10條,記下分光計(jì)轉(zhuǎn)盤