棱镜干涉测量光波波长.doc

棱镜干涉测量光波波长

双棱镜干涉测量光波波长

实验目的1.观察光的干涉现象，并掌握干涉测量光波波长的方法。2.掌握光具组的光路同轴等高调节方法。熟练掌握测量目镜的使用方法。实验原理双棱镜是一个分割波前的分束器，形状如图32.1示，其端面与梭脊垂直，楔角很小（一般小于1度）．双棱镜干涉的原理如图32.2所示，狭缝光源S发射的光束，经双棱镜折射后变为两束相干光，在它们的重叠区内，将产生明、暗相间的干涉条纹，这两束相干光可认为是由实际光源S的两个虚像S1、S2发出的，称S1、S2为虚光源。设虚光源S1、S2相距为a，S1、S2到观测屏幕E的距离为D，根据光波干涉理论，在屏幕E上相邻干涉亮条纹（或暗条纹）的间隔与波长及a、D之间的关系式为：l=aDx/D（1）如果测出D、a、Dx三个量值，就可以确定出光波波长。

实验装置图32.3是实验仪器装置图，图中除光源外，所有光学元件都在光具座上。单色光束（钠光）经聚光镜照亮狭缝后，狭缝便成了双棱镜的光源S，干涉条纹的间隔Dx由测微目镜测定。虚光源到屏E的距离D可以用光具座上的标尺来测量。测微目镜的基本结构剖视图如图32.4所示。目镜镜头通过调焦螺纹固定在目镜外壳中部。外壳内有一块刻有十字丝的透明叉丝板，外壳右侧装有测距螺旋（即千分尺）系统，转动测距手轮，其螺杆将带动叉丝板移动。叉丝板的移动量可通过手轮上的千分尺测出。如果用测微目镜测两点之间的距离，应转动手轮，使叉丝交点从其中一点的外侧移至与第一个点相重合，记下千分尺上的读数，再按相同的移动方向将叉丝交点移至与第二个点重合，再记下千分尺上的读数，这两个读数之差的绝对值就是所测两点的距离。
实验内容1.光路的布置与调节(1)将光源放在光具座导轨一端附近，接通电源，打开光源开关，取下导轨上的各种光具.(2)将聚光透镜安装在靠近光源的一端，透镜的高矮应与光源窗口等高，透镜光轴应大致与光具座轴线平行。测微目镜座放在导轨的另一端，将目镜从底座上卸下，换为一块白屏插在底座上，待光源发光稳定后，仔细调节光源或聚光透镜的位置，便光源窗口射出的光经聚光透镜后对称地投射在白屏中部。(3)将可调狭缝装在聚光透镜后面的附近位置，狭缝长度沿竖直方向，狭缝平面垂直于导轨轴线，狭缝安装高度应与聚光透镜的高度相当，狭缝宽度适当（约为头发丝直径的二倍左右)(4)装上双棱镜，使其底座与狭缝底座相距18～20cm（这个距离的具体大小还须参考成像透镜上标出的焦距值来决定，如焦距不足16cm，则该距离应偏小为宜；如焦距较大、则该距离可以偏大一些。）。调节双棱镜、，使之与光轴对称垂直，与狭缝等高。(5)取下白屏，将测微目镜装在底座上，注意使目镜轴线与光具座轴线平行，目镜高度与前面的各光具等高。观察一下目镜内的叉丝是否清晰，如不清晰或看不见叉丝，则适当转动目镜头，直至可看清叉丝为止。(6)将目镜移至距双棱镜20cm左右的地方，观察目镜内是否有干涉条纹。此时可能看到以下三种情况之一：①目镜视场内无干涉条纹，且亮度均匀；②目镜视场内无干涉条纹，但亮度不均匀，有一条竖直方向的较亮光带；③有干涉条纹。对于①，须对双棱镜或狭缝位置进行左右横移调节，直至在目镜中可见到现象②或③。对于②，则须微调狭缝长度的方向，当该方向与双棱镜的棱脊平行时，光带中即出现干涉条纹。对于③，如干涉条纹分布不对称，明显偏在视场的一边，则可通过对双棱镜或狭缝位置进行左右横移微调来使干涉条纹分布对称；如果干涉条纹不够清晰，则可通过微调狭缝长度的方向并辅助微调狭缝的宽度来使之清晰。（7）将测微目镜平缓地向后移动，边移动边观察目镜视场内干涉条纹是否随移动而移向一边，如有此现象，则须微调双棱镜的横向位置，以使条纹保持在目镜视场中部，直至目镜后移到导轨的未端时，其视场内能还看到清晰可辨的干涉条纹为止。[注意]：在步骤7中后移目镜时，以及实验测量时，如动作过猛，使狭缝受到震动而导致狭缝长度方向的微小转动后，目镜视场中的干涉条纹便会消失。如遇此情形，则须按步骤(6)重新调节。2.虚光源平面与叉丝板距离D的测量Ｄ的最简单测法是以狭缝平面代替虚光源平面，用狭缝平面与叉丝板的距离代替D。这种近似方法存在狭缝与虚光源并不共面的系统误差。但经过理论计算可以证明，在一般采用的典型光路布置下，狭缝平面与虚光源平面相差无几，只要D自身足够大（要求D约为110cm左右），所含系统误差是可忽略的。然而D的近似测量仍比较麻烦，这是因为叉丝板平面在测微目镜内部，该平面与目镜底座上的标线不共面，同样狭缝与其底座上的标线也不共面，所以应注意在读数后加以修正。实验室将提供叉丝板与目镜底座中心标线的差距，和狭缝与其底座中心标线的差距，须注意记录之。记录目镜底座中心标线对应的标尺数Y1，狭缝底座中心标线对应的标尺数Y2，则：（2）前面的“十”、“－”号要根据狭缝在底座