文档介绍：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****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-)2r22=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,…)明纹=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SKBL1L2PE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。连续测量20个条纹的位置xi。如果视场内干涉条纹没有布满,则可对测微目镜的水平位置略作调整;视场太暗可旋转偏振片调亮。2)测量虚光源缩小像间距b及透镜物距S。测b时应在鼓轮正反向前进时,各做一次测量。注意:i)不能改变扩束镜、双棱镜级测微目镜的位置;ii)用测微目镜读数时