菲涅耳双苗棱镜干涉实验.docVIP

研究性实验报告之激光的双棱镜干涉 PAGE10 / NUMPAGES11 研究性实验报告 光的干涉实验（分波面法） 激光的双棱镜干涉  菲涅耳双棱镜干涉 摘要：两束光波产生干涉的必要条件是：1)频率相同；2)振动方向相同；3)相位差恒定。产生相干光的方式有两种：分波阵面法和分振幅法。本次菲涅耳双棱镜干涉就属于分波阵面法。菲涅耳双棱镜干涉实验是一个经典而重要的实验，该实验和杨氏双缝干涉实验共同奠定了光的波动学的实验基础。 一、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； 2)用实验研究菲涅耳双棱镜干涉并测定单色光波长； 3)学习用激光和其他光源进行实验时不同的调节方法。 二、实验原理 菲涅耳双棱镜可以看成是有两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。若置单色光源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的两个虚像S1和S2射出的一样。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置一个屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。 如图所示，设虚光源S1和S2的距离是a，D是虚光源到屏的距离。令P为屏上任意一点，r1和r2分别为从S1和S2到P点的距离，则从S1和S2发出的光线到达P点得光程差是： △L= r2-r1 令N1和N2分别为S1和S2在屏上的投影，O为N1N2的中点，并设OP=x，则从△S1N1P及△S2N2P得： r12=D2+(x-)2 r22=D2+(x+)2 两式相减，得： r22- r12=2ax 另外又有r22- r12=(r2-r1)(r2+r1)=△L(r2+r1)。通常D较a大的很多，所以r2+r1近似等于2D，因此光程差为： △L= 如果λ为光源发出的光波的波长，干涉极大和干涉极小处的光程差是： △L=== kλ (k=0,±1, ±2,…) △L== =λ (k=0,±1, ±2,…) 暗纹　 由上式可知，两干涉条纹之间的距离是： △x=λ 所以用实验方法测得△x，D和a后，即可算出该单色光源的波长 λ=△x 三、实验方案 1)光源的选择 当双棱镜与屏的位置确定之后，干涉条纹的间距△x与光源的波长λ成正比。为了获得清晰的干涉条纹，本实验采用单色光源，如激光、钠光等。 2)测量方法 条纹间距△x可直接用侧位目镜测出。虚光源间距a用二次成像的方法测得：当保持物、屏位置不变且间距D大于4f时，移动透镜可在其间的两个位置成清晰的实像，一个是放大像，一个是缩小像。设b为虚光源缩小像间距，b’为放大像间距，则两虚光源的实际距离为a=，其中b和b’由测微目镜读出，同时根据两次成像的规律，若分别测出呈缩小像和放大像时的物距S、S’，则物到像屏之间的距离D=S+S’。根据波长的计算公式，得波长和各测量值之间的关系是： λ= 3)光路组成 S K B L1 L2 具体的光路如图所示，S为半导体激光器，K为扩束镜，B为双棱镜，P为偏振片，E为测微目镜。L为测虚光源间距a所用的凸透镜，透镜位于L1位置将使虚光源S1S2在目镜处成方大像，透镜位于L2处将使虚光源在目镜出成缩小像。所有光学元件都放在光具座上，光具座上附有米尺刻度读出各元件的位置。 四、实验仪器 光具座，双棱镜，测微目镜，凸透镜，扩束镜，偏振片，白屏，可调狭缝，半导体激光器。 五、实验内容 (1)各光学元件的共轴调解 1)调节激光束平行于光具座 沿导轨移动白屏，观察屏上激光光点的位置是否改变，相应调解激光方向，直至在整根导轨上移动白屏时光点的位置不再变化，至此激光光束与导轨平行。 2)调双棱镜与光源共轴 将双棱镜插于横向可调支座上进行调节，使激光点打在棱脊正中位置，此时双棱镜后面的白屏上应观察到两个等亮并列的光点，这两个光点的质量对虚光源像距b及b’的测量至关重要。此后将双棱镜置于距激光器约30cm的位置。 3)粗调测微目镜与其它元件等高共轴 将测微目镜放在距双棱镜约70cm处，调节测微目镜，使光点穿过其通光中心。此时激光尚未扩束，决不允许直视测微目镜内的视场，以防激光坐灼伤眼睛。 4)粗调凸透镜与其他元件等高共轴 将凸透镜插于横向可调支座上，放在双棱镜后面，调节透镜，使双光点穿过透镜的正中心。 5)用扩束镜使激光束变成点光源 在激光器与双棱镜之间距双棱镜20cm处放入扩束镜并进行调节，使激光穿过扩束镜。在测微目镜前放置偏振片，旋转偏振片是测微目镜内视场亮度适中。 6)用二次成像法细挑凸透镜与测微目镜等高共轴 通过“大像追小像”，不断调节透镜和测微目镜位置，直至虚光源大、小像的中心与测微目镜叉丝重合。 7)干涉条纹调整 去掉透镜，适当微调双棱镜，使通过测微目镜观察到清晰的干涉条纹。 (2)波长的测量 1)测条纹间距△x