双棱镜干涉实验讲义

双棱镜干涉实验讲义双棱镜干涉实验一、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、实验仪器光具座、半导体激光器、小孔屏、凸透镜 ( = 60 mm)、双棱镜、凸透镜 ( = 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，可调滑块2个。三、实验原理双棱镜是由两个折射角很小（小于1o）的直角棱镜对接组成，实际上是在一块玻璃上，将其上表面加工成两块楔形板而成，两块楔形板...

双棱镜干涉实验一、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、实验仪器光具座、半导体激光器、小孔屏、凸透镜 ( = 60 mm)、双棱镜、凸透镜 ( = 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，可调滑块2个。三、实验原理双棱镜是由两个折射角很小（小于1o）的直角棱镜对接组成，实际上是在一块玻璃上，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、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、等间距的直线条纹。在条纹中心O点处，两束光的程差为零，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；设屏上第级亮纹（为整数）与中心点的距离为，因，，故明条纹的位置由下式决定：任何两相邻的亮纹(或暗纹)之间的距离为：故（1）上式表明,只要测出、和，即可算出光波波长。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，以及三角形相似公式求得。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 mm），当时,移动使虚光源和在屏处成放大的实像, 和之间的距离为，由光电探器测量出，根据公式，可以求出物距：（2）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：即（3）（4）求出和的值，代入公式（1）即可计算出波长的值。图3 三、实验步骤： 1. 实验前的仪器调节 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）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. 测量系统的同轴等高调节 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，并放置在导轨上靠近激光器处。 2）将光电探测器探测窗口调置到 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）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）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 mm）、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. 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，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，保证其位置不再变化。 4. 测量干涉条纹的宽度 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）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（尽可能扫到图样另一端边缘）记录此时的位置读数，总条纹数目n，有：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. 测量两虚光源之间的距离 1）将导轨上各滑块全部固定，保持其位置不变，并且稳定。 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），调节，使之与系统共轴。 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。 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离需要修13mm），和透镜位置，求出像距：。利用公式（2）、（3）、（4）即可计算出和的值，代入公式（1）计算出波长的值。

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