利用双棱镜测定光波波长

利用双棱镜测定光波波长【实验目的】掌握利用分割波前实现双光束干涉的方法;观察光场空间相干性;用菲涅耳双棱镜测量钠光光波波长。【仪器及用具】钠光灯、双棱镜、光具座、凸透镜、测微目镜、单缝、辅助棒。【实验原理】一般情况下两个独立的光源（除激光光源外）不可能产生干涉。要观察干涉现象必须用光学方法将一个原始光点（振源）分成两个位相差不变的辐射中心，即造成“相干光源”。分割的方法有两种，即波前分割法和振辐分割法，波前分割的装置有双面镜，双棱镜等，。本实验采用菲涅耳双棱镜进行波前分割，从而获得相干光，实现光的干涉。Q-钠光灯L-透镜S-单缝B-双棱镜L-辅助成像透镜M-测微目图18-1用12菲涅耳双棱镜测量钠光波长实验装置实验装置如图18-1所示。，各器件均安置在光具座上，Q为钠光灯；S为宽度及取向可调单缝；透镜L将光源Q发出的光会聚于单缝S上，以提高照明单缝上的光强度；B为双棱1镜；L为辅助成像透镜，用来测量两虚光源S、S之间的距离d；M为测微目镜。菲涅112耳双棱镜是由两块底边相接、折射棱角小于1°的直角棱镜组成的。从单缝发出的光经双棱镜折射后，形成两束犹如从虚光源发出的频率相同、振动方向相同、并且在相遇点有恒定相位差的相干光束，它们在空间传播时，有一部分彼此重叠而形成干涉场。如图18-2所示.

设由双棱镜B所产生的两相干虚光源S、S间距为d，观察屏P到S、S平面的1212距离为D。若P上的P点到S和S的距离相等，则S和S发出的光波到P的光程也相等,012120因而在P点相互加强而形成中央明条纹（零级干涉条纹）。0设S和S到屏上任一点P的光程差为D，P与的距P离为X，则当d<<D和X<<D12kk0kk时，可得到XA—kd (181)D当光程差为A波长的整数倍，即A=士也（K=0、1、2、・・・）时，得到明条纹。此时，由（18-1）式可知K九X=±D （18-2）kd这样，由（18-2）式相邻两明条纹的间距为AZ=^+1-^=^于是九二于是九二—AX(18-3)对暗条纹也可得到同样的结果。式（18-3）式即为本实验测量光波波长的公式。【仪器介绍】测微目镜测微目镜是用来测量微小间距的仪器，由目镜、可动分划板、固定分划板、读数鼓轮与连接装置组成。其结构外形简图如图3-15-3所示。使用时，通过转动读数鼓轮带动丝杆可以推动可动分划板左右移动，该分划板上刻有十字交叉线，其移动方向垂直于目镜光轴，移动距离可通过带有刻度的不动鼓轮及可动读数鼓轮读出。测微目镜的读数方法与螺旋测微计相似，竖线或交叉点位置的毫米数由不动鼓轮的刻度读出，毫米以下的读数由可动鼓轮上确定。本仪器测长范围0~10mm，测量精度为0.01mm,可以估读到0.001mm。使用时应先调节接目镜，叉丝清晰后（此时待测物须成像在分划板平面上）转动鼓轮，推动分划板使叉丝的交点或竖线与待测物的像边缘重合，便可得到一个读数。转动鼓轮使叉丝的交点或竖线移动到待测物像的另一边缘上，又得到一个读数，两读数之差即为待测物像的大小。固足瞟订固尼弁划扳XI—固足瞟订固尼弁划扳XI—可动廿划扳图18-3【实验内容与步骤】实验步骤1•调节光源Q，狭缝S，透镜人，双棱镜B及测微目镜M，使它们等高，并在平行于光具座的同一直线上（SB约为25厘米，SM约为110厘米）。/ 25厘米至26厘米。凸取下透镜，点亮钠灯，将狭缝开大些。用白纸检查从狭缝射出的光束是否对称地射在双棱镜的棱脊两侧。如射到，看折射光束的重叠部分是否能进入测微目镜的视场中心附近否则可调节光源狭缝或者双棱镜的横向位置。绕水平轴（平行和垂直于光轴的两个方向）旋转狭缝或双棱镜，使双棱镜的棱脊背与狭缝严格平行。这时可看到清晰的亮带或者干涉条纹。调节狭缝宽度，使目镜中干涉条纹清晰。用测微目镜测干涉条纹的宽度五次，取平均值。用辅助棒测D值五次，取平均值。7•放上透镜，用透镜两次成像法测两虚光源的间距d。为此要找到两虚光源的扩大和缩小的实像。测其宽度d及d各五次，取平均值，代入公式d= 歹中求出d。12*12&代入公式（18-3）中，求出光波长九。实验内容（1） 测量条纹的宽度5。x调节各仪器在同一水平线上，并在OB之间先用眼睛来判断，使双棱镜与狭缝平行。然后调节狭缝宽度，从目镜中观察干涉条纹。前后移动B及0,并微微转动B使看到的干涉条纹清晰为止。调节完毕后，用测微目镜测出相隔较远的两条暗（亮）纹之间的距离，除以所经过的明（暗）条纹数目（本实验可测出10条或20条干涉条纹的间距，除以10或20），即得5值。x（2） 测量两虚光源间的距离d。在双棱镜与测微目镜之间放一凸透镜I,利用透镜两次成像测出两虚光源的间距d。具体做法：测微目镜不动，前后移动透镜，分别找到二虚光源的放大和缩小的实像。测其宽度为d，d。测几次后取平均值代入公式d=.JdT，求出两虚光源的宽度。12'12⑶测D值。用辅助棒测量S和0的坐标位置，即可求出S到0的距离。求出波长，写出结果表达式，要求计算不确定度，A类不确定度用贝塞尔公式计算，B类不确定度参看透镜成像实验题目。【注意事项】1、 使用测微目镜时，读数时鼓轮转动方向要前后一致，不要中途反向，以免引起回程误差。2、 旋转读数鼓轮时，动作要平衡，如已达到一端，则不能继续旋转，否则会损坏螺旋。3、 调节狭缝宽度时要小心，不要损坏狭缝。实验数据表格】2.D=D-D+L12

3.66—63.6—x0 x1010d—Id —d:d—d—dI；d=、）dd1I1左 1右 2 2左 2右I A12、 rd-6最后计算出钠光的波长以nm（纳米）为单位九