用双棱镜干涉测光波波长的实验报告

【实验目的】 

1．掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解．

2．学会用双棱镜测定钠光的波长．

   

【实验仪器】

光具座，单色光源(钠灯)，可调狭缝，双棱镜，辅助透镜(两片)，测微目镜，白屏．

【实验原理】

如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域，光强分布是不均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零)，这种现象称为光的干涉．

菲涅耳利用图1所示的装置，获得了双光束的干涉现象．图中AB是双棱镜，它的外形结构如图2所示，将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角A较小(一般小于10)．从单色光源发出的光经透镜L会聚于狭缝S，使S成为具有较大亮度的线状光源．从狭缝S发出的光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就好像它们是由虚光源S1和S2发出的一样，满足相干光源条件，因此在两束光的交叠．区域P1P2内产生干涉．当观察屏P离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行于狭缝S的、明暗相间的、等间距干涉条纹．

                       图1                            图2

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物理研究性报告

双棱镜干涉

第一作者 唐诗白 10041181

第二作者 贾申羊 10041164

A14 钠光劳埃镜干涉与双棱镜干涉

【摘要】本文以钠光劳埃镜干涉与双棱镜干涉为主要内容，首先介绍了他的基本实验原理与实验原理、实验器材，然后记录原始数据，然后进行相关不确定度的计算，最后进行进一步的误差来源分析与讨论

【实验原理】

    如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域，光强分布是不均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零)，这种现象称为光的干涉．

    由于干涉条纹宽度很小，必须使用测微目镜进行测量。两虚光源间的距离，可用已知焦距为的会聚透镜置于双棱镜与测微目镜之间，由透镜的两次成像法求得，如图5—8－3所示。只要使测微目镜到狭缝的距离＞，前后移动透镜，就可以在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的实像和，其中一组为放大的实像，另一组为缩小的实像，如果分别测得二放大像间距和二缩小像间距，则有

           

【实验仪器】

光具座，单色光源(钠灯)，可调狭缝，双棱镜，测微目镜,白屏．

【主要步骤】

(1)   调节各元件等高共轴

1）调整狭缝与凸透镜等高共轴

将狭缝紧贴钠光灯放在光具座晚上，接着依次放上透镜（f=20cm）和白屏，用二次成像法使狭缝与透镜等高共轴。

2）调整测微目镜、狭缝和透镜等高共轴

用测微目镜取代白屏，并置于距狭缝80cm位置上，进一步用二次成像法调至测微目镜叉丝与狭缝、透镜等高共轴。

3）调整双棱镜或劳埃镜与其它元件共轴

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双棱镜干涉的深入研究实验

一、问题提出

  实验课上我们已经掌握了用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解，并且学会了如何用双棱镜测定钠光的波长。 本次设计性实验中我们将进一步掌握双棱镜的干涉原理及调节方法，测定两个虚光源之间的距离与狭缝-双棱镜间距之间的关系。主要从以下问题探讨：

（一）实验测量双棱镜的楔角，并比较角度不同干涉现象的差异；

（二）用多种方法来测两个虚光源之间的距离，并比较优缺点；

（三）测定两虚光源之间的距离与狭缝-双棱镜间距之间的关系曲线；

（四）利用双棱镜干涉观察He-Ne激光的干涉条纹，并测量氦氖光的波长；

（五）将钠光灯换成大灯泡，观察白光的干涉条纹。

二、实验原理

（一）双棱镜楔角的测量

    利用分光计测量：将分光机调平处于使用状态，使望远镜光轴与双棱镜的一个面垂直，这时在望远镜的视野中能够清晰看见绿色小十字叉丝的像。

双棱镜的外形图：  A B

         

              

    一束沿ＡＢ面法线方向的平行光投射于望远镜中, 测量α时, 当望远镜对准ＡＢ面时, 由望远镜物镜的焦面上发出的光束射到AB面上，一部分反射，形成要测量的像，一部分透射进入棱镜后，分别在AC和BC面上反射回到望远镜中, 所以在测量中, 实际看到的是三个绿色小十字叉丝像。AB面反射的像较亮，AC和BC面反射的像较暗，望远镜叉丝对准较亮的十字叉丝像测量。当望远镜转到AC和BC面一侧时，在望远镜中实际看到4个十字像，中间2个像较暗， 边上2个较亮，望远镜叉丝应对准A一侧的亮像测量^[2]。

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菲涅尔干涉测钠光波长

【实验目的】

（1）观察双棱镜干涉现象,测量钠光的波长。

（2）学习和巩固光路的同轴调整。

（3） 通过观察双棱镜产生的双光束干涉现象，理解产生干涉的条件。

（4）学习测微目镜的使用及测量。

【实验仪器】        

光源、双棱镜、可调狭缝、凸透镜、观察屏、光具座、测微目镜。

【实验原理】

菲涅耳双棱镜可以看作是由两块底面相接、棱角很小（约为 1°）的直角棱镜合成。若置单色狭条光源S0于双棱镜的正前方，则从S0 射来的光束通过双棱镜的折射后，变为两束相重叠的光，这两束光仿佛是从光源S0的两个虚象S1 及S2 射出的一样（见图1）。由于S1 和S2 是两个相干光源，所以若在两束光相重叠的区域内放一屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。

设a代表两虚光源和间的距离，D为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S的平面内)至观察屏Q的距离，且a《D，任意两条相邻的亮（或暗）条纹间的距离为ΔX，则实验所用光波波长λ可由下式表示：

                                  (12-1)

上式表明，只要测出a、D和ΔX，就可算出光波波长。

    由于干涉条纹宽度ΔX很小，必须使用测微目镜进行测量．两虚光源间的距离a，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

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激光双棱镜干涉实验研究性报告

第一作者

第二作者

第三作者

所在院系：电子信息工程学院

20##年12月24日

目录

【摘要】.......................................................................................................................... 3

一、 实验重点................................................................................................................. 4

二、实验原理................................................................................................................... 4

三、实验方案................................................................................................................... 5

1)光源的选择............................................................................................................ 5

2)测量方法................................................................................................................ 5

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目录

一、摘要... 2

二、实验要求... 2

1、实验重点... 2

2、实验目的... 2

三、实验原理... 2

1、菲涅耳双棱镜干涉... 2

1)基本原理... 2

2)实验方案... 4

2、劳埃镜干涉... 4

四、实验仪器... 5

五、实验内容... 5

1、各光学元件的共轴调解... 5

1)调节激光束平行于光具座... 5

2)调双棱镜或劳埃镜与光源共轴... 5

3)粗调测微目镜与其它元件等高共轴... 6

4)粗调凸透镜与其他元件等高共轴... 6

5)用扩束镜使激光束变成点光源... 6

6)用二次成像法细挑凸透镜与测微目镜等高共轴... 6

7)干涉条纹调整... 6

2、波长的测量... 6

六、实验数据处理... 7

1、菲涅耳双棱镜干涉... 7

1）原始数据表格... 7

2）数据处理... 7

2、劳埃镜干涉... 7

1）原始数据表格... 7

2）数据处理... 8

3、不确定度... 8

1）双棱镜干涉... 8

2）劳埃镜干涉... 9

七、实验反思... 9

1、误差分析... 9

2、注意事项... 10

3、实验改进... 10

1）对实验过程的改进... 10

2）对实验环境的改进... 10

一、摘要

19世纪初，人们发现光有干涉、衍射和偏振等现象，这说明光具有波动性，用几何光学理论是无法解释的，由此产生了以光是波动为基础的波动光学理论。19世纪60年代，麦克斯韦建立了光的电磁理论，光的干涉、衍射和偏振现象得到了全面说明。

光发生干涉现象要满足相干的条件，相干即指各光波的振动方向、振动频率以及光波之间的相位差相同，目前得到相干光的方法有分振幅法和分波阵面法，而本实验设计的菲涅耳双棱镜干涉和劳埃镜干涉均属于分波阵面法。

二、实验要求

1、实验重点

1)熟练掌握采用不同光源进行光路等高共轴调节的方法和技术；

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双棱镜干涉实验

学生姓名：陈延新                学号：111050104

班级：应用物理1101              实验项目名称：双棱镜干涉实验

一、实验目的：

   1、掌握菲涅尔双棱镜获得双光干涉的方法；

  

   2、验证光的波动性，了解分波阵面法获得相干光的原理；

   3、观察双棱镜产生光干涉现象和特点，用双棱镜测定光波的波长

   4、通过用菲涅耳双棱镜对钠灯波长的测量，掌握光学测量的一些基本技巧，培养动手能力。

二、实验仪器：

    单导体激光器，钠光源，扩束镜，双棱镜，二维调节架，透镜，测微目镜，测量显微镜，白炽光，光具座

三、实验原理：

（1）、菲涅耳双棱镜实际上是一个顶角极大的等腰三棱镜，如图1所示。它可看成由两个楔角很小的直角三棱镜所组成，故名双棱镜。当一个单色缝光源垂直入射时，通过上半个棱镜的光束向下偏折，通过下半个棱镜的光束向上偏折，相当于形成S′₁和S′₂两个虚光源。与杨氏实验中的两个小孔形成的干涉一样，把观察屏放在两光束的交叠区，就可看到干涉条纹。

 

其中，ｄ是两虚光源的间距，D是光源到观察屏的距离，λ是光的波长。用测微目镜的分划板作为观察屏，就可直接从该测微目镜中读出条纹间距△x值，D为几十厘米，可直接量出，因而只要设法测出ｄ，即可从上式算出光的波长λ，即

△x=Dλ/d    ,  λ =△xd/D  （1）

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