文档介绍：研究性实验报告之激光的双棱镜干涉 1 / 12 研究性实验报告光的干涉实验(分波面法) 激光的双棱镜干涉研究性实验报告之激光的双棱镜干涉 2 / 12 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 S 0 于双棱镜的正前方,则从 S 0 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 S 0 的两个虚像 S 1和S 2 射出的一样。由于 S 1和S 2 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。研究性实验报告之激光的双棱镜干涉 3 / 12 △ L=D ax = 如图所示, 设虚光源 S 1和S 2 的距离是 a,D 是虚光源到屏的距离。令P 为屏上任意一点, r 1和r 2 分别为从 S 1和S 2到P 点的距离,则从 S 1和S 2 发出的光线到达 P 点得光程差是: △ L=r 2 -r 1 令N 1和N 2 分别为S 1和S 2 在屏上的投影,O为N 1N 2 的中点,并设 OP=x , 则从△S 1N 1P及△S 2N 2P 得: r 1 2 =D 2 +(x- 2 a ) 2r 2 2 =D 2 +(x+ 2 a ) 2 两式相减,得: r 2 2-r 1 2 =2ax 另外又有 r 2 2-r 1 2 =(r 2 -r 1 )(r 2 +r 1 )=△ L(r 2 +r 1) 。通常 D较a 大的很多,所以 r 2 +r 1 近似等于 2D ,因此光程差为: △ L=D ax 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: =kλ(k=0, ± 1,± 2,…) 明纹=2 12?k λ(k=0, ± 1,± 2,…) 暗纹由上式可知,两干涉条纹之间的距离是: 研究性实验报告之激光的双棱镜干涉 4 / 12 △ x=a D 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=D a △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=' bb , 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= ' 'SS bb x?? 3) 光路组成研究性实验报告之激光的双棱镜干涉 5 / 12 SKBPE 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 L 1 位置将使虚光源 S 1S 2 在目镜处成方大像,透镜位于 L 2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。研究性实验报告之激光的双棱镜干涉 6 / 12 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