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1、1光波波长的测定新想法通信 0506 万超超 0905050618【实验目的】1 掌握用双棱镜获得双光束干涉的调节方法。2 学会观察、分析双棱镜产生的光干涉现象以及用双棱镜测定光波波长。【实验原理】双棱镜是在一片玻璃板上将其上表面加工成两块楔角很小（小于 1）的楔形板。如图所示，可将它看成是由两个顶角很小、底边相连的直角棱角构成，其公共棱边与端面垂直。棱边端面 棱角 利用双棱镜产生双干涉的原理如图所示。用单色光源（钠灯）照亮狭缝 S，从狭缝 S 射出的光波，经双棱镜 B（双棱镜的棱边与狭缝平行）折射后分成两束光，按各自的方向传播。透过双棱镜观察时，它们好象是分别从虚光源 S1和 S2 发出的，
2、因为这两束光来自同一个光源，故是相干光。于是在两束相干光重叠的区域内产生干涉现象，如图。在该区域内放置的观察屏上可以观察到明暗交替的等间距的干涉条纹，条纹的取向与狭缝平行。2设 S1、S2 间的距离为 d, 由 S1和 S2的所在平面到白屏 M 的距离为 D，且Dd，如图所示。 PxD单色光波长为 ，若白屏到 M 上某点 P 为亮点，则两束光在该点的波程差满足k, k=0,1,2,为干涉条纹的级数。任意两条相邻的亮（或暗）条纹间的距离为 X，则实验所用光波波长 可由下式表示：=X d /D (1)上式表明，只要测出 d， 、D 和 X，就可算出光波波长。由于干涉条纹宽度 X 很小，必须使用测微
3、目镜进行测量两虚光源间的距离 d，可用一已知焦距为 f 的会聚透镜 L，置于双棱镜与测微目镜之间,如图 12-3 所示，由透镜两次成像法求得只要使测微目镜到狭缝的距离大于 4f，前后移动透镜，就可以在透镜的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源 和 经透镜所成的实像，其中之一为放大的实像，另一个为缩小的实像如果分别测得两放大像的间距 ，和两缩小像的间距 ，则根据下式d= 21d (2)即可求得两虚光源之间的距离 d 【实验仪器】双棱镜、测微目镜、光具座、线光源、透镜钠光灯、白屏、读数小灯、米尺。【实验步骤】1调节光路(1)用目视粗略地调整光具座上各元件中心等高、共轴，并使双棱镜的底面与系统的光
4、轴垂直，棱脊和狭缝的取向大体平行。(2)点亮光源，照亮狭缝 S，用手执白屏在双棱镜后面检查，观察叠加区是d3否进入测微目镜，根据观测到的现象，作出判断，再进行必要的调节(共轴)。(3)减小狭缝宽度 (以提高光源的空间相干性) ，一般情况下可从测微目镜观察到不太清晰的干涉条纹。绕系统光轴缓慢旋转狭缝架上的向左或右偏转螺旋，或微调棱脊取向，直到显现出清晰的干涉条纹，这时棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行。(4) 为便于测量，在看到清晰的干涉条纹后，应将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当。同时只要不影响条纹的清晰度，可适当增加缝宽，以保持干涉条纹有足够的亮度。双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为
5、减小它们的距离， 1S、 2间距也将减小，这对 d，的测量不利。2测量与计算(1) 测量干涉条纹的间距 X将测微目镜 移到距狭缝 80cm90cm 处用目镜叉丝逐一对准中部的 10 条明条纹，记录每一明纹在目镜测微尺上的位置 x1,x2x10,用逐差法求 X 的平均值(2)测量狭缝所在平面与测微目镜中叉丝之间的距离 D。测量 4 次取平均值。(3)用两次成像法测量两虚光源的间距 d在双棱镜和测微目镜之间放上凸透镜 L，它的焦距 f可借助室内灯光进行粗调。移动测微目镜使它与狭缝时间距离略大于 4 f。沿光具座前后移动透镜，可在两个不同位置从测微目镜中看到两虚光源的放大像和缩小像，用测微目镜分别测
6、出两虚光源的放大像间距 d1和缩小像间距 d2，重复测量 4 次取平均值。则两虚光源之间距离为 d= 21 (4)将上面测得的 D、 、 值代入公式（1） ，求出光源的光波波长。（5）计算波长测量值的标准不确定度。4【实验数据处理及误差分析】Xi =1/5 (Xi+5Xi) i =1,2,3,4,5 视 Xi 为一测量列5X=1/5X ii=1nD= Di/n n=4i=1=X d /D不确定度：21()niixAxU(n=5) 25xBii仪 （ 仪是测微目镜仪器误差）2xxAxB11421()iidAdUS22421()iidAdUS12B仪 （ 仪是测微目镜仪器误差）1112dAdB222U12dddUEd5421()iiDADUSB仪 / 3 （ 仪是米尺仪器误差） 2DADB22xdUE【实验意义】该实验没有使用分光计，在实验室没有分光计的条件下也能完成光波波长的测量。该实验主要是利用双棱镜使光波波前分割而产生相干光，不借助光的衍射而形成分波面干涉，用毫米级的测量得到纳米级的精度。通过实验能更加深刻理解干涉现象产生的原因及条件，并懂得如何有效利用干涉现象来解决问题，如本实验就利用干涉现象来完成光波波长的测定。
