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實(shí)驗(yàn)十三雙棱鏡干涉一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊唬┯^察雙棱鏡干涉現(xiàn)象(二)利用雙棱鏡干涉測定單色光的波長。二、實(shí)驗(yàn)器材氦氖激光器(1套)讀數(shù)顯微鏡(氦氖激光器(1套)讀數(shù)顯微鏡(1臺)小燈(1個(gè))三、實(shí)驗(yàn)原理與儀器描述擴(kuò)束透鏡(f=5cm)(l個(gè))透鏡夾(3個(gè))光具座太陽眼鏡(1付)光屏(1個(gè))雙棱鏡(1個(gè))(1付)觀察光波干涉現(xiàn)象的方法很多,雙棱鏡干涉是其中之一。雙棱鏡是一塊表面光滑。頂角接近于180°的玻璃棱鏡,其頂端的直線稱為雙棱鏡的脊,兩側(cè)的表面稱為棱面,雙棱鏡干涉的實(shí)驗(yàn)裝置如圖13-1所示。圖13-1雙棱鏡干涉光路圖從激光光管發(fā)出的單色光經(jīng)擴(kuò)束透鏡擴(kuò)束后入射在雙棱鏡的兩個(gè)棱面上,經(jīng)棱鏡的折射后分成兩束光AA和BB。在AB之間的區(qū)域內(nèi),這兩束光互相疊加而形成干涉。121222由于激光束有很好的平行性,通過擴(kuò)束透鏡后的光必會(huì)聚于透鏡的后焦點(diǎn)F上,因此,可以認(rèn)為入射雙棱鏡的光束是從位于F的點(diǎn)光源S發(fā)射出來的。將AA向后延長,其交點(diǎn)S就是由雙棱鏡造成的S的虛121
像點(diǎn)。同樣,BB向后延長的交點(diǎn)S也是S的虛象點(diǎn),由此可以看到,這里的雙棱鏡干涉相當(dāng)于以S和S12212為雙孔的楊氏干涉。我們知道楊氏干涉在屏上形成明暗相間的條紋,相鄰兩亮條紋或相鄰兩暗條紋之間的距離為(13-1)式中d是兩個(gè)虛光源(相當(dāng)于楊氏干涉實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)小孔)S和S之間的距離,D是虛光源與光屏的距離,12入是光源的波長,由幾何光學(xué)可推得以下結(jié)果:D=L+L (13-2)12/Vd=L (13-3)1=(n-1) (n一) (13-4)
上式由雙棱鏡玻璃的折射率n和雙棱鏡頂角(以弧度為單位)所決定,可稱為雙棱鏡常數(shù)。假設(shè)我們測得第一條暗紋至第K+1條暗紋的距離是鼻,則相鄰兩暗紋的距離為疋 (13-5)將(13-2)、(13-3)、各式代入(13-1)式,得到(13-6)(13-6)本實(shí)驗(yàn)通過測量干涉條紋的距離及各光學(xué)元件在光路中的位置,間接測出氦氖激光的波長。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟(1)按圖13-1在光具座上順次擺好各器件。(2)調(diào)節(jié)各器件的位置,使激光束水平射出,與光具座導(dǎo)軌基本平行,通過擴(kuò)束透鏡的中心,入射在雙棱鏡的脊上。此時(shí)應(yīng)在光屏上看到明暗相間的干涉條紋。實(shí)驗(yàn)表明,入射在雙棱鏡上的光斑大一點(diǎn)干涉條紋較好。(3)將讀數(shù)顯微鏡放置在光屏后面。適當(dāng)調(diào)節(jié)顯微鏡目鏡的焦距使目鏡的十字叉絲像清晰,然后調(diào)節(jié)顯微鏡物鏡的焦距,使顯微鏡中看到的干涉條紋最清楚。(4)從讀數(shù)顯微鏡上任意選取某條干涉暗紋作為起始第1條暗紋,測出第1條暗紋和第K+1條暗紋的位置P和P,記入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表中,重復(fù)三次。K應(yīng)盡可能大些,K取越大測量得出的條紋距離相對1 K+1誤差越小。(5) 在光具座導(dǎo)軌上讀出擴(kuò)束透鏡至雙棱鏡的距離,減去5cm即得L,記入表中,再量出雙棱鏡到1光屏的距離L,記入表中。2(6) 在雙棱鏡上讀取雙棱鏡常數(shù)^。五、注意事項(xiàng)1) 激光器為貴重儀器,且有高壓加在激光管的接頭上,做實(shí)驗(yàn)過程中要特別小心,注意安全。2) 測量干涉條紋時(shí)應(yīng)戴上太陽眼鏡,避免眼睛直接接受強(qiáng)光照射。3) 計(jì)算時(shí),注意單位要統(tǒng)一。六、數(shù)據(jù)處理由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和關(guān)系式L=|P-P|算出L。由式(13-5)計(jì)算出△L,再算出平均值",最后由KK+1 1 K(13-7)求得波長入。
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