1、雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗要求1實驗重點實驗重點（1）用實驗研究斐涅耳雙棱鏡干涉并測定激光波長；（2）熟練掌握光路的等高共軸調節技術；（3）鞏固用一元線性回歸法處理實驗數據。雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗要求2預習要點預習要點（1）在波長的測量公式（）在波長的測量公式（4-67）中，）中，a、D、Dx分別具有分別具有什么物理意義？實際的什么物理意義？實際的“屏屏”在什么位置？在什么位置？a由什么決由什么決定？實際測量時，定？實際測量時，a和和D用什么方法測得？用什么方法測得？（2）本實驗的等高共軸調節分為哪幾步？調節次序可否）本實驗的等高共軸調節分為哪幾步？調節次序可否改變

2、？改變？（3）擴束鏡的作用是把狹窄的平行光束變為點光源發出）擴束鏡的作用是把狹窄的平行光束變為點光源發出的球面波，這時虛光源的位置在哪里？的球面波，這時虛光源的位置在哪里？S和和S 應當怎應當怎樣計算？樣計算？（4）怎樣消除測微目鏡的空程誤差？）怎樣消除測微目鏡的空程誤差？（5）如何用一元線性回歸方法計算條紋間距）如何用一元線性回歸方法計算條紋間距Dx？自變量？自變量如何選取？如何選取？雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗原理如圖4-75, 4-76 ，設虛光源S1與S2的距離為a，D是虛光源到屏的距離。令P為屏上的任意一點，r1和r2分別為從S1和S2到P點的距離，則由S1和S2發出的光線

3、到達P點的光程差是： L= r2- r1DaS1S2S0OaS1S2Qr2r1DxPN1N2圖4-75 雙棱鏡干涉光路圖4-76 雙棱鏡干涉光程差計算圖1一般原理一般原理雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗原理2222)2(axDr2221)2(axDraxrr22122暗紋明紋2, 1, 02122, 1, 0kkkkDaxL暗紋明紋2, 1, 02) 12(2, 1, 0kaDkkkaDxaDxxDa雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗原理2實驗方案實驗方案（1）光源的選擇由式（4-67）可見，當雙棱鏡與屏的位置確定以后，干涉條紋的間距Dx與光源的波長l 成正比。也就是說，當用不同波長

4、的光入射雙棱鏡后，各波長產生的干涉條紋將相互錯位疊加。因此，為了獲得清晰的干涉條紋，本實驗必須使用單色光源，如激光等。（2）測量方法條紋間距Dx可直接用測微目鏡測出。虛光源間距a用二次成像法測得：當保持物、屏位置不變且間距D大于4f時，移動透鏡可在其間兩個位置成清晰的實像，一個是放大像，一個是縮小像，設b為虛光源縮小像間距，b為放大像間距，則兩虛光源的實際距離為，其中b和b 由測微目鏡讀出。同時根據兩次成像的規律，若分別測出成縮小像和放大像時的物距S、S，則物到像屏之間距離（即虛光源到測微目鏡叉絲分劃板之間距離）D=SS。根據式（4-67），得波長與各測量值之間關系為 （4-68）（3）光路組

5、成圖4-77 雙棱鏡實驗光路圖本實驗的具體光路布置如圖4-77所示，S為半導體激光器，K為擴束鏡，B為雙棱鏡，P為偏振片，E為測微目鏡。L是為測虛光源間距a所用的凸透鏡，透鏡位于L1位置將使S1、S2在目鏡處成放大像，透鏡位于L2位置虛光源在目鏡處成縮小像。所有這些光學元件都放置在光具座上，光具座上附有米尺刻度，可讀出各元件的位置。SSbbx雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-儀器設備儀器設備1實驗儀器實驗儀器光具座，雙棱鏡，測微目鏡，凸透鏡，擴束鏡，偏振片，半導體激光器，白屏。2儀器介紹儀器介紹（1）測微目鏡 （參見4.8自組望遠鏡和長自組望遠鏡和長(寬寬)度的非接觸測量度的非接觸測量有關內容

6、）（2）偏振片偏振片是一種對兩個相互垂直振動的電矢量具有不同吸收本領的光學器件。 （3）擴束鏡擴束鏡實際上是一個焦距很短的凸透鏡。它可以把狹窄的激光束擴展成在一定立體角內傳播的的球面光波。雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗內容實驗內容 1調節各元件等高共軸調節各元件等高共軸具體調節包括以下6步：（1）調節激光束平行于光具座（注意注意：此步是整個調節的基礎，務必做細做好）沿導軌移動白屏，觀察屏上激光光點的位置是否改變，相應調節激光方向，直至在整根導軌上移動白屏時光點的位置均不再變化，至此激光光束與導軌平行。（2）調雙棱鏡與光源共軸將雙棱鏡插于橫向可調支座上進行調節，使激光點打在棱脊正中位置，

7、此時雙棱鏡后面的白屏上應觀察到兩個等亮并列的光點（這兩個光點的質量對虛光源像距b及b 的測量至關重要）。此后將雙棱鏡置于距激光器約30cm的位置。（3）粗調凸透鏡與其他元件等高共軸將凸透鏡插于橫向可調支座上，放在雙棱鏡后面，調節透鏡，使雙光點穿過透鏡的正中心。（4）粗調測微目鏡與其他元件等高共軸將測微目鏡放在距雙棱鏡約70cm處，調節測微目鏡，使光點穿過其通光中心。（切記切記：此時激激光尚未擴束，絕不允許直視測微目鏡內的視場光尚未擴束，絕不允許直視測微目鏡內的視場，以防激光灼傷眼睛。）（5）在激光器與雙棱鏡之間距雙棱鏡20cm處放入擴束鏡并進行調節，使激光穿過擴束鏡。在測微目鏡前放置偏振片，旋

8、轉偏振片使測微目鏡內視場亮度適中（注意注意：在此之前應先用白屏在偏振片后觀察，使光點最暗）。（6）用二次成像法細調凸透鏡與測微目鏡等高共軸調節方法參見3.2光學實驗預備知識光學實驗預備知識中有關內容，要求調至虛光源大、小像的中心均與測微目鏡叉絲重合。EL2BL1PSK圖4-77 雙棱鏡實驗光路圖雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗內容實驗內容 2波長的測量波長的測量（1）測條紋間距Dx去掉透鏡，連續測量20個條紋的位置xi。如果視場內干涉條紋沒有布滿，可對測微目鏡的水平位置略做調整；視場太暗可旋轉偏振片調亮。（2）測量虛光源縮小像間距b及透鏡物距S。提示提示：測b時應在鼓輪正反向前進時，各做

9、一次測量。注意注意： 不能改變擴束鏡、雙棱鏡及測微目鏡的位置；（為什么？） 用測微目鏡讀數時要消空程；（3）用上述同樣方法測量虛光源放大像間距b 及透鏡物距S 。 雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗內容實驗內容 3數據處理數據處理（1）用一元線性回歸法計算條紋間距Dx；（2）由公式計算激光波長l并與光源波長標稱值對比求相對誤差；（3）計算l的不確定度u(l)并給出最后結果表述。提示提示： u(Dx)要考慮回歸誤差和儀器誤差；u(b)、u(b)、u(S)和u(S)均應考慮來自成像位置判斷不準而帶來的誤差，可取D(u)= D(u)=0.5cm，； 為簡單起見，略去S與b、S與b 的相關系數，把

10、它們均當作獨立測量量處理。雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗內容實驗內容 4. 設計性實驗（選做）設計性實驗（選做）用雙孔楊氏干涉測量光的波長。方法自擬。雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長- 預習思考題預習思考題 預習思考題預習思考題1本實驗中觀察到的干涉條紋是什么形狀？為什么？觀察到的虛光源像又是什么形狀？2回答預習要點（3）問題。3回答預習要點（5）問題。雙棱鏡干涉斐涅耳雙棱鏡干涉測波長-實驗后思考題實驗后思考題實驗后思考題實驗后思考題1已知透鏡焦距f20cm，設測S時位置判斷不準的最大偏差D(S)=0.5mm，試計算由此引起b測量的最大相對偏差是多少？（提示：在整個測量過程中始終滿足D

11、=S+S 且4 f）2擴束鏡的焦距為f，如何計算S和S ？實驗中使用的是100倍的擴束鏡，又如何計算S和S ？3按照你的測量數據，定量討論哪個（些）量的測量對結果準確度的影響最大？原因何在？雙棱鏡干涉圓孔衍射實驗-實驗要求實驗要求 1實驗重點實驗重點（1）用實驗研究圓孔衍射；（2）鞏固光具座和光學元件的使用與基本調節方法；（3）正確使用測微目鏡。2預習要點預習要點（1）圓孔衍射形成的是什么形狀的條紋？如何通過圓孔衍射來測量光的波長l（給出計算公式，圓孔的直徑已事先測定）？（2）圓孔衍射圖樣的中心是亮斑還是暗斑，為什么？（3）本實驗中偏振片有什么用？怎樣防止激光傷害眼睛？雙棱鏡干涉圓孔衍射實驗-

12、實驗原理實驗原理按照波動學說，當光入射到圓孔上時，會產生衍射。在孔的尺度10103l時，衍射效應顯著。其特征可由惠更斯斐涅耳原理處理。對平行光入射、平行光接收的圓孔夫瑯和費衍射，衍射圖樣是一組同心圓，強度分布的極大、極小位置如表所示（參見趙凱華、鐘錫謀光學上冊P226）： 表中x=2pasinq /l，a是圓孔半徑，q 是衍射角，l是光的波長。可見圓孔衍射的絕大部分能量都集中在0級衍射斑（愛里斑）內，許多光學儀器的分辨本領正是由此決定的。 雙棱鏡干涉圓孔衍射實驗-儀器設備儀器設備儀器設備儀器設備光具座，半導體激光器，凸透鏡，組合衍射屏（圓孔，雙孔等），測微目鏡，偏振片，白屏。雙棱鏡干涉圓孔衍射

13、實驗-實驗內容實驗內容1等高共軸調節等高共軸調節參照4.15斐涅耳雙棱鏡干涉測波長斐涅耳雙棱鏡干涉測波長相關章節，做好激光源、圓孔衍射屏和測微目鏡的共軸調節。2觀察衍射圖樣觀察衍射圖樣將測微目鏡由近及遠向遠離圓孔方向移動，觀察并記錄衍射圖樣的變化。注意注意：用測微目鏡觀察衍射圖樣前，必須插入并轉動偏振片使出射光減至最弱，再根據觀察需要適當調整光強；3測量激光波長測量激光波長把測微目鏡置于距衍射屏（圓孔）11.5m處，測量并記錄中心亮斑的直徑d和衍射屏到觀察屏的距離D（均只作單次測量）；已知圓孔直徑約為0.5mm（準確值需用讀數顯微鏡測量）。4數據處理數據處理（1）記錄并敘述當接收屏逐漸遠離時，

14、圓孔衍射的觀察結果；（2）由圓孔衍射的測量數據計算激光波長，并與標稱值進行對比。不要求計算不確定度，但要給出正確的有效數字。5選做實驗選做實驗（1）利用本實驗裝置測定細絲的直徑。（2）研究圓孔的費涅耳衍射并用于測波長。要求見現場說明，方法自擬。雙棱鏡干涉圓孔衍射實驗-預習思考題預習思考題 （1）圓孔衍射形成的是什么形狀的條紋？如何通過圓孔衍射來測量光的波長（給出計算公式，圓孔的直徑已事先測定）？（2）圓孔衍射圖樣的中心是亮斑還是暗斑，為什么？（3）本實驗中偏振片有什么用？怎樣防止激光傷害眼睛？雙棱鏡干涉圓孔衍射實驗-實驗后思考題實驗后思考題1已知地球與月球的距離約為L38萬公里，按照瑞利判據（當一個圓斑像的中心