用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率讲义68848

1、用双光栅lau效应测量平板玻璃的折射率实验目的：1. 了解并掌握双光栅lau效应的基本原理。2. 学会利用双光栅lau效应法测量平板玻璃的折射率。 实验原理：1948年法国科学家e.lau在talbot自成像效应理论的基础上提出了双光栅 lau效应，即用扩展光源照明两个相互平行且有一定间距的相同光栅，在无穷远 处可以看到平行干涉条纹的效应。根据lau效应（原理简图如图1）,使用衍射光栅的基本特性可以得到如下 结果，当光栅间距zo =m2/22时，其中，k=l, 2, 3,a为光栅常数，a为入射光波2,在第二个光栅后无穷远处可以获得最清晰的干涉条纹。图1 lau效应原理简图当扩展光源的平行光垂直

2、入射到第一个光栅（光栅刻线与平行光管狭缝平 行），在望远镜视场中可见几条衍射像。逐渐加宽平行光管的狭缝，视场中的亮 线逐渐展宽，成为几个亮带，如图2 （a）所示。这时放置第二个光栅（两光栅 的刻线要平行），调整两个光栅的间距，当两光栅间距为（人2/2几）的整数倍 时，在视场中第一个光栅的亮带内都会出现干涉条纹，如图2 （b）所示。如果在lau效应的光路结构中，在双光栅之间插入透明的平板玻璃，可以证 明当旋转平板玻璃吋，lau效应产牛的干涉条纹将会随之移动。根据lau效应和光栅成像原理，将厚度为d、折射率为刃的标准平板玻璃样品置于载物台上， 且入射光线垂直于样品，转动平板玻璃样品，出射光线横向位

3、移q与入射角/关 系为：d = 6/sinz 1-l-sin2/77 -sin z丫/2丿(1)d - ms(.9 1 -sin" i1/2"1-2 2 n -sm 1)7t/sinz-(4)图2 (a)狭缝对第一光栅的衍射像图2 (b)望远镜视场内看到的lau效应其中为样品折射率。随着载物台的转动，望远镜视场中的条纹发生移动,移动的距离为丄。(/为望远镜物镜焦距)。干涉条纹间距为s,当相对于望远镜十字叉丝移动刃个条纹吋(建议在本实验中移动10条)，有：(2)(3)由(1)(3)可得:换上待测样品(厚度为d八折射率为如)，同样操作，入射角度为槊远镜视场中干涉条纹也移动m条，

4、与标准样品的参数关系式(4)比较可得：d； cos2 i< d、sin 片 + d sin i利用公式，带入参数即可计算出待测样品的折射率。 实验仪器：光栅两块（光栅常数相同,20条/mm ）,钠光灯（2 =589.3nm ）,分光计（极限误差±1'）,标准样品一块（ = 1.5163）,待测样品一块，直尺，力向节四只，铁板-块，支杆若干。实验基础内容：1根据lau效应实验原理组装利用分光计平台测量平板玻璃样品折射率的实验 装置。建议：曲于空间的限制，z（）的范围为68cm.2采用比较法测量样品折射率（标准样品一块；待测样品一块）。（1）测量载物台上放置标准样品时亮条纹

5、移动10条时的入射角测量3次。 即记录样詁与光栅平行放置的起始位置和旋转样詁移动10条条纹后的终点位置 的角度刻度，毎次都应读取刻度盘相对两边的读数以减小偏心差。（2）测量待测样品的入射角，测量3次，测量方法与标准样品一致。（3）计算待测样品的折射率。3测量结果误差分析。定性分析实验过程屮各个操作步骤可能带来的误差及其对结果的影响。实验步骤：1. 调整好分光计，即达到： 平行光管发出平行光； 望远镜对平行光聚焦（即接收平行光）； 望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。 平台而垂直丁仪器公共轴2. 打开钠光灯，3-5分钟后亮度止常；将钠光灯源、平行光管、望远镜调整在 一条直线上；这时在阿贝目镜中

6、应看到清晰的分化板和狭缝像，且狭缝像处 于分划板的屮央。3. 将两光栅垂直置于光路中，位置在载物平台的正上方，两光栅间距建议距离 68厘米左右；目视两光栅基本平行4. 将狭缝逐渐开大，在目镜视场中会看到条状光栅的衍射像（0±1,±2）；栅狭 缝大小的选取。建议：在视场屮看到亮的条状光栅的衍射像的宽度和暗条宽 度比在1:51:25. 调整万向节上的方向旋钮，使光栅刻线相互平行；直到在各级衍射像的背景 上出现平行等间距条纹6. 将标准样品放入载物台，记下起始读数，转动载物平台，使衍射像背景上的 条纹移动10条，记下分光计转盘读数；重复三次，将数据填入表格7. 取下样品，将待测样品放入光路中，使待测样品的表面垂直光路主光轴；8. 记下起始读数，转动载物平台，使衍射像背景上的条纹移动10条，记下分 光计转盘读数；重复三次，将数据填入表格9. 计算待测样品的折射率并进行误差分析（要求定性分析实验各部操作带來的 误差情况）。两光栅间距（mm）：次数标准样品（k9）待测样品三次入射角（；）三次入射角（ii）123平均基本加强性教学实验（选做）试推导本实验结果的不确定度传递公式，注意可以认为待测样品和标准样品 的厚度都为标准值，用推导得到的公式分析实验结果的不确定度。用本实验的实验方法，测量重火石玻璃样品的折射率。基础研究性教学实验（增选）结