1、- 216 -实验二十 洛埃镜干涉Experiment 20 Lloyds mirror Interference洛埃镜实验是历史上用来证实光存在干涉现象，从而明确光具有波动性的著名实验之一。该实验原理简单，既可观测干涉条纹，又可验证半波损失，是大学物理光学实验中一个理想的实验内容。实验目的 experimental purpose观察洛埃镜干涉现象及测量光波波长实验原理 experimental principle洛埃提出一种更简单的获得干涉现象的装置。普通平面镜 MN 构成的反射镜，缝光源与反射镜面平行。来自缝光源的光向反射镜掠入射（入射角接近 90度） ，再从反射镜反射射向屏幕 AA。狭
2、缝光源 S 发出的一部分光波直接射向屏幕 DD。 另一部分反射光与直接从 S 射来的光是从同波前分出的，所以是相干的，因此在两部分光的重叠区域产生明暗相间的干涉条纹。从观察者看来，两束相干光分别来自 S 和 ， 是光源 S 在反射镜中的虚像。洛埃镜实验不仅显现出光的干涉现象，更重要的是它还揭示了光在介质表面反射时的位相变化。图 1 洛埃镜从图 1 中看出，两相干光波在幕上的重叠区是在 P 和 P之间。将屏幕向平面镜方向移动，使之与镜右端 N 点紧密接触(AA的位置)。从几何路程上看，光源 S 直射到 N 点的光程与 S射到 N 点的光程相等，预料 N 点应为亮点，但实际上 N 点却是暗点（干涉
3、极小） ，这说明两相干光在 N 处的光振动具有相反的相位，这是因为光在掠入射条件下，在镜面上反射时要产生数值为 的相位突变 abrupt phase change，这种相位突变相当于光波少走或多走了半个波长的光程，故称为半波损失 half-wave-lost。这样，使得幕上本来是亮条纹的地方变成r2- 217 -了暗条纹。（2）半波损失产生的原因：（电磁理论）当光从光速较大（折射率较小）的介质射向光速较小（折射率较大）的介质时，反射光的相位较之入射光的相位发生了 跃变，这就相当于反射光与入射光之间有了 /2 的光程差。有时把这种因为相位跃变 而产生的 /2，叫做“半波损失 ”。电磁理论可以解释
4、半波损失。因为光是电磁波，它在两种介质的分界面上反射、折射时，要服从电磁场的边界条件。物理学上由此得出了一组菲涅耳公式，根据这组公式，入射波在正入射（i=0 0）或掠入射（i=90 0）时，反射光可能有半波损失。（3）明暗条纹的位置（4）相邻明纹中心或相邻暗纹中心的距离称为条纹间距dDx/可算出它的波长 ： ， （5）说明：1）产生半波损失的条件：两种媒质的折射率不同，且满足 n1 n2 n3 无n1 n3 有n1 n2 n3 有实验仪器 experimental device1、钠光灯（可加圆孔光栏）2、凸透镜 L： f=50mm3、二维调整架： SZ-074、单面可调狭缝： SZ-225、
5、洛埃镜： SZ-29)2,10( 2)1( 12 kkr明- 218 -6、测微目镜 Le（去掉其物镜头的读数显微镜）7、读数显微镜架 : SZ-388、三维底座： SZ-019、二维底座： SZ-0210、一维底座： SZ-0311、一维底座： SZ-0312、凸透镜： f=150mm13、二维调整架： SZ-0714、通用底座： SZ-01仪器实物图及原理图 experimental instrument and principle diagram图 3实验步骤 experimental step把全部仪器按照图 3 的顺序在平台上摆放好（图上数值均为参考数值） 。靠拢后调至共轴。1、钠光
6、灯（可加圆孔光栏）经透镜聚焦于狭缝上，将大致处于铅直方位的- 219 -洛埃镜由狭缝一侧逐渐推向狭缝（如图中箭头所示） ，使入射光处于掠入射状态，同时用眼在掠反射方向上看去，将看到实缝 S 与它对洛埃镜的虚像 S。随着洛埃镜的前推，S 与 S将逐渐靠拢，旋转时看到的S 与 S平行，估计二者间距约在 2mm 左右的情况下，将洛埃镜的磁座固定住。2、目视或用激光器，找到被洛埃镜所反射的光路，把测微目镜放在该光路上观察洛埃镜干涉图样，可以发现是等间距的明暗相间的干涉条纹。3、微测目镜测出干涉条纹的间距 x，和 D，D 为狭缝到测微目镜的距离，再用二次成像法测出两个虚光源的间距 d 由 x=xk+1-
7、xk= 便可求出d光波的波长 ，并与钠灯的波长实际值比较，分析误差原因。六、数据处理 Data processing利用同双棱镜相同的二次成像法测出虚光源的实像间距 d1 及 d2，算出 d 值。12d代入公式 即可求出波长 。/xD思考题 Exercises1、洛埃镜实验说明了什么？2、洛埃镜明、暗条纹的条件?3、干涉条纹的特点（形状、间距、级次位置分布）？关键词 Key words洛埃镜 Lloyds mirror，光疏介质 optically thinner medium，光密介质 optically denser medium，半波损失 half-wavelength lost，相位突变abrupt phase change
