1、1实验二 用双棱镜干涉测钠光波长实验目的1、 观察双棱镜产生的双光束干涉现象，进一步理解产生干涉的条件；2、 学会用双棱镜测定光波波长。实验仪器双棱镜，可调狭缝，会聚透镜（f=20cm,=35mm 两片） ，测微目镜(JX8)，光具座(JZ-2)，滑块（5 块） 、滑块支架（5 个） 、白屏，钠光灯(Gp20Na)。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，并且这两列光波的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域内，光强的分布不是均匀的，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（一）所示装置，获得了双光束的干涉现象
2、。图中双棱镜 AB 是一个分割波前的分束器，它的外形结构如图（二）所示，将一块平玻璃板的上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 M 发出的光波经透镜 L 会聚于狭缝 S，使 S 成为具有较大亮度的线状光源。当狭缝 S 发出的光波投射到双棱镜 AB 上时，经折射后，其波前便分割成两部分，形成沿不同方向传播的两束相干柱波。通过双棱镜观察这两束光，就好像它们是由虚光源 S1 和 S2 发出的一样，故在两束光相互交叠区域 P1P2 内产生干涉。如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光2源狭缝平行，便可在白屏 P 上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹。设 代表两虚
3、光源 S1 和 S2 间的距离， 为虚光源所在的平面（近似地在光源狭d d缝 S 的平面内）至观察屏 P 的距离，且 ，干涉条纹宽度为 ，则实验所用 x光波波长 可由下式表示：x上式表明，只要测出 、 和 ，就可算出光波波长 。这是一种光波波长的d 绝对测量方法，通过使用简单的米尺和测微目镜，进行毫米量级的长度测量，便可推算出微米量级的光波波长。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 ，x d可用一已知焦距为 的会聚透镜 L， 置于双棱镜与测微目镜之间，如图（三） ，由透镜f两次成像法求得。只要使测目镜到狭缝的距离 d4f ， ， ，前后移动透镜，就可以在 L， 的
4、两个不同位置上从测微目镜中看到两光源 S1 和 S2，其中之一组为放大的实像，另一组为缩小的实像。如果分别测得二放大像的间距 d1 和二缩小像的间距 d2，则根据下式：21d即可求得两虚光源之间的距离 d， 。实验内容1、 调节共轴（1） 将单色光源 M、会聚透镜 L、狭缝 S、双棱镜 AB 与测微目镜 P，按图（一）所示次序放置在光具座上，用目视粗略地调整它们中心等高、共轴，并使双棱镜的底面与系统的光轴垂直，棱脊和狭缝的取向大体平行。（2） 点亮光源 M，通过透镜照亮狭缝 S，用手执白屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束，有否叠加区 P1P2（应更亮些） ，叠加区能否进入测微目镜，当白屏
5、移动时叠加区是否逐渐向左、右或上下偏移根据观测到的现象，作出判断，再进行必要的调节（共轴） 。2、 调节干涉条纹（1） 减小狭缝宽度（以提高光源的空间相干性） ，一般情况下（在近处）3可从测微目镜观察到不太清晰的干涉条纹。若远一点观察不到干涉条纹，有两种原因，一是各光学系统没有共轴，二是棱镜的棱脊与狭缝的取向没有严格平行。（2） 在光具座的另一端，根据视差原理用眼睛直接往棱脊及狭缝的方向观察，可观察到一条或多条与眼睛的运动方向相反的斜线或斜干涉条纹，这时可根据条纹的倾斜方向来判断相对于狭缝来说棱脊偏向哪一边（3） 绕系统光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜 AB，当然也可旋转狭缝，使得眼睛在光具座的另
6、一端观察不到与眼睛的移动方向相反的斜线或斜干涉条纹，这时棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行，可从测微目镜中观察到清晰的干涉条纹。（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，以保持干涉有足够的亮度。双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离，S 1、S 2 间距也将减小，这对 d， 测量不利。3、 测量与计算（1） 用测微目镜测量干涉条纹的宽度 。为了提高测量精度，可测出 15x条干涉条纹的间距，再除以 15 ，即得 。测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹的中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过 N 个条纹，读
7、出两次读数。重复测量几次，求出 。（2） 用米尺量出狭缝到测微目镜叉丝平面的距离 ，测量几次，取其平均d值。（3） 用透镜两次成像法测两虚光源的间距 。保持狭缝与比棱镜原来的位置不变，在双棱镜和测微目镜之间放置一已知焦距为 的会聚透镜fL， ，移动测微目镜使它到狭缝的距离大于 4 ，分别测得两次清晰成f像时实像的间距 d1、d 2。各测量几次，取其平均值，再计算 值。d（4） 用所测得的 、 、 值，求出光源的光波波长 。x （5） 计算波长测量值的标准不确定度。【注意事项】使用测微目镜时有以下几点要注意：（1）要确定目镜的准确度及鼓轮转动读数增大的方向，并选取合适的初始点；（2）一次测量中鼓
8、轮只能单向移动，不能中途倒转；（3）干涉条纹应与竖直双线平行无视差。 （4）到达刻度线零点后，应立即返回，以免损坏测微目镜。（5）测量竖直双线位置之前，要稍微改变一下狭缝宽度，使双线比较细长。读数时对准条纹中最亮的位置。还应使测微目镜与狭缝的距离大于 80cm，测量时固定住各元件。4（6）使用钠灯应注意：灯点燃后，需等待一段时间才能正常使用。熄灭后有冷却过程，等冷却后才能重新启动。切勿盲目地多次开关光源，以免降低灯管寿命。点燃时不得撞击或振动，否则炽热的灯丝容易震坏。【思考题】1 调整光路时应注意哪些问题，其步骤如何？2 当狭缝变宽时，对干涉条纹的清晰度会有什么影响？这说明了什么？3 为什么在
9、测量虚光源像的间距 时，应消除像和叉丝之间的视差？测量干涉条纹间l距 时，要不要消除视差？为什么？x4 若将本实验中所用的钠光灯改成汞灯，将产生怎样的干涉条纹？条纹间隔将如何变化？条纹间隔与波长有何关系？数据记录表（一）测干涉条纹的宽度，n=15， （单位：mm）次数 1 2 3 4 51x2表（二）测狭缝到测微目镜叉丝平面的距离 ，微目镜分划板平面的修正量为d32.0mm,(单位： mm)(注意：狭缝的位置在滑块的前端)狭缝位置 S 微目镜叉丝平面位置 P表（三）测两虚光源的间距 d/(单位：mm)次数 1 2 3 4 51x2测 1d1x2测 2d5数据处理1、计算 = d，)(1dS，2221，x)(xd2、计算标准不确定度（1）d 1 的标准不确定度 U（d 1）)(SUA30.1mBU（d 1）=（2）d 2 的标准不确定度 U（d 2）)(SA30.2BU（d 2）=(3)计算 )(xSA301.)(mBU（ ）=x（4）计算 d31)(B计算 UC（） 22221 )()()()()( dUxdU结果报道：= UC（ ） （单位）6
