《双棱镜干涉实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双棱镜干涉实验（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1双棱镜干涉实验双棱镜干涉实验一、实验目的一、实验目的1.观察双棱镜产生的干涉现象，掌握产生干涉的条件。2.熟悉干涉光路的原理，掌握光具座上光学系统同轴等高的调节方法。3.学习用双棱镜干涉法测定光波波长。二、实验仪器二、实验仪器光具座、半导体激光器、小孔屏、凸透镜(= 60 mm)、双棱镜、凸透镜(1L1f2L= 100 mm)、白屏、光电探测器、大行程一维调节架一个，固定滑块 3 个，可调滑 2f块 2 个。三、实验原理三、实验原理双棱镜是由两个折射角很小（小于 1）的直角棱镜对接组成，实际上是在一快玻璃上，将其上表面加工成两块楔形板而成，两块楔形板相交之处形成棱脊（图 1 所示） 。当单色
2、、相干光照射在双棱镜上时，通过的光将改变方向，形成两束平行的光（等同于两个虚光源发出的光） ，在前方屏上相互重叠，在重叠的区域内形成干涉条纹，干涉条纹为明、暗等间距条纹。通过测量条纹 图图1间距，虚光源到屏的距离，两虚光源之间的距离，即可计出光波波长。 实验原理如图 2 所示，双棱镜 AB，透镜，及后焦点， 观察屏，三者均1LsH与光具座垂直放置。由半导体激光器发出的光，经透镜会聚与点，再由点射1Lss棱双棱镜2出的光束投射到双棱镜上，经过折射后形成两束光，该两束光等效于从两个虚光源和1s2s图图 2发出。由于这两束光满足相干条件，故在两束光相互重叠的区域内产生干涉，在观察屏上可以看到明暗相间
3、、等间距的直线条纹。在条纹中心 O 点处，两束光的程H差为零，形成中央亮纹，其余的各级条纹则分别对称，排列在零级条纹的的两侧。设两虚光源和之间的距离为，虚光源所在平面到屏的距离为；设屏1s2sdHD上第级亮纹（为整数）与中心 点的距离为，HKK0kx因 ， ，DxkDd 故明条纹的位置由下式决定：kx任何两相邻的亮纹(或暗纹)之间的距离为：dDxxxkk1故（1）xDd上式表明,只要测出、和 ，即可算出光波波长。dDx本实验在光具座上进行。光电探测器安装在大行程一维调节架上；将干涉光照射在光电探测器上，选择光电探测器上宽窄合适的窗口对准干涉条纹，当亮条文照射在窗口中狭缝上时，光电探测器接收到的
4、光强达到极大值，当暗条文照射在狭缝上时，光电探测器接收到的光强达到极小值，调节大行程一维调节架，使得光电探测器平移，测量出条文宽度的值， 和的值可根据凸透镜成实像的原理，以及xdD三角形相似公式求得。kdDxk3测量原理如图 3 所示，在双棱镜和白屏之间插入凸透镜， （的焦距2L2Lmm） ，当时,移动使虚光源和在屏处成放大的实像,和1002f2f4D2L1s2sH1s之间的距离为，由光电探器测量出，根据公式 2sd， ppf111可以求出物距：p（2）22 fppfp像距可在导轨上读出，求出物距的值。再根据三角形相似公式有：pp即 （3）pp dd dppd（4）ppD求出和的值，代入公式（
5、1）即可计算出波长的值。dD图图 3 3三、实验步骤：三、实验步骤：1.1. 实验前的仪器调节实验前的仪器调节1 1）实验中需要读取滑块在导轨上的位置读数，实验时将滑块带刻线一端朝外放置以便读数。2 2）将光电探测器与光功率计连接，将光功率计的量程选至可调档，用手遮住光电探测器窗口，调节光功率计对零旋钮，使显示为零。测量中若光强超过量程，将显示“1”或“-1” ，此时可将测量量程提高，或调节旋钮使得接收光强减小。2.2. 测量系统的同轴等高调节测量系统的同轴等高调节1 1）将半导体激光器置于导轨一端，将光电探测器安装在大行程一维调节架上，并4放置在导轨上靠近激光器处。2）将光电探测器探测窗口调
6、置到0.2 档位置，调节探测器上、下、左、右位置，使得激光器发出的光斑能射入到小孔内。3 3）将光电探测器逐渐向较远端平移，调节激光器方位，使得光斑能够再次进入小孔，如此反复多次，直至光电探测器窗口与远端激光器均处在导轨等高位置上。4 4）将光电探测器移至导轨最远端，在激光器附近依次安放透镜（= 60 1L1fmm） 、双棱镜（双棱镜安装在可调滑块上） ，调整透镜、双棱镜的高度，使之与激光器发出的光束等高。3.3. 调节双棱镜使之产生干涉条纹调节双棱镜使之产生干涉条纹用白屏替代光电探测器，调整双棱镜横向位置，调节透镜与双棱镜的间距，1L使之在白屏正中出现清晰、粗细合适的干涉条纹，干涉条纹数为
7、5 - 7 条，此时，将激光器、透镜、双棱镜、光电探测器所在的大行程一维调节架、固定在导轨上，1L保证其位置不再变化。4.4. 测量干涉条纹的宽度测量干涉条纹的宽度1 1）用光电探测器换下白屏，选择光电探测器上合适的狭缝光栏（如 0.2mm 的细缝） ，并与光功率计连接，将光功率计的量程选至可调档。调节大行程一维调节架，使得光电探测器横向移动，选择好的狭缝光栏对准干涉条纹的边缘处的某一亮纹，此时，光功率计接收的信号达到极大值，以此作为中央条纹。2 2）此时大行程一维调节架上的位置读数，平移光电探测器，使狭缝扫描整个1干涉条纹区，光功率计记录的每两次光强极大值所对应的横向移动距离，即为一个干涉条
8、纹的间距，从起始位置开始记录，扫过 n 个干涉条纹的间距（尽可能扫到1图样另一端边缘）记录此时的位置读数，总条纹数目 n，有：2nx21重复测量 5 次，取平均值。注意测量时消除大行程一维调节架的“空程差” 。5.5. 测量两虚光源之间的距离测量两虚光源之间的距离1 1）将导轨上各滑块全部固定，保持其位置不变，并且稳定。2 2）在双棱镜和光电探测器之间（靠近双棱镜处）放置透镜（=100 mm） ，2L2f调节，使之与系统共轴。2L53 3）移动，在光电探测器表面得到清晰的放大的虚光源像（两个清晰的圆光2L斑） ，用光电探测器对两光斑进行测量，得到间距，重复测量 5 次，取平均值。d4 4）记录下此时光电探测器的位置（与光电探测器上光电池记录板之间的距1P1P离需要修 13mm） ，和透镜位置，求出像距：。利用公式（2） 、 （3） 、2L2P21PPp（4）即可计算出和的值，代入公式（1）计算出波长的值。Dd
