用雙光柵Lau效應(yīng)測(cè)量平板玻璃的折射率講義

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入射到第一個(gè)光柵（光柵刻線與平行光

2、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（）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 關(guān)系為: (1)圖2（a）狹縫對(duì)第一光柵的

3、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（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： （2） （3）由（1）-（3）可得： （4）換上待測(cè)樣品（厚度為d1、折射率為n1），同樣操作，入射角度為，望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中干涉條紋也移動(dòng)m條，與標(biāo)準(zhǔn)樣品的參數(shù)關(guān)系式（4）比較可得: (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（），分光計(jì)（極限誤差），標(biāo)準(zhǔn)樣品一塊（），待測(cè)樣品一塊，直尺，萬(wàn)向節(jié)

4、四只，鐵板一塊，支桿若干。實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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，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）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%,）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. 打開鈉光燈，3-5分鐘后亮

5、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. 將狹縫逐漸開大，在目鏡視場(chǎng)中會(huì)看到條狀光柵的衍射像（0）；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)盤讀數(shù)；重復(fù)三次，將數(shù)據(jù)填入表格9. 計(jì)算待測(cè)樣品的折射率并進(jìn)行誤差分析(要求定性分析實(shí)驗(yàn)各部操作帶來(lái)的誤差情況)。兩光柵間距(mm)：次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)樣品（K9）待測(cè)樣品1三次厚度 (mm)三次入射角（）三次厚度 (mm)三次入射角（）12 3平均實(shí)驗(yàn)進(jìn)階內(nèi)容是用本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)量重火石玻璃樣品的折射率。實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展內(nèi)容 推導(dǎo)本實(shí)驗(yàn)所