物理实验中心 双棱镜测激光波长
双棱镜测激光波长
·实验基本原理 如何测量D、d、△X 元件共轴调节 实验常见问题及处理
▪ 实验基本原理 ▪ 如何测量D、d、△x ▪ 元件共轴调节 ▪ 实验常见问题及处理
一实验基本原理 用分波阵面的方法，可以获得相干光源，双棱 镜颇具有代表性。虽然在激光出现之后，设法获 得相干光源的工作已不如早期那样的重要，但双 棱镜干涉在实验构思及装置调整等问题上仍然具 有重要意义。 双棱镜可看作是有两个折射棱角a很小（小于 1°)的直角棱镜底边相接而成。借助于双棱镜 可使从光源S发出的光的波阵面沿两个不同方向 传播。相当于虚光源S1及S2发出的两束相干光。 在两束光交迭空间的任何位置上将有干涉发生， 在该区域内可以接受并观察到干涉条纹
一.实验基本原理 用分波阵面的方法，可以获得相干光源，双棱 镜颇具有代表性。虽然在激光出现之后，设法获 得相干光源的工作已不如早期那样的重要，但双 棱镜干涉在实验构思及装置调整等问题上仍然具 有重要意义。 双棱镜可看作是有两个折射棱角a 很小（小于 1°）的直角棱镜底边相接而成。借助于双棱镜 可使从光源S发出的光的波阵面沿两个不同方向 传播。相当于虚光源S1及S2发出的两束相干光。 在两束光交迭空间的任何位置上将有干涉发生， 在该区域内可以接受并观察到干涉条纹
若S1和S2发之间的距离为d,S至观察屏的距离 为D(当用测微目镜代替屏进行观察时，则为S 至目镜的可动分划板间的距离)，P为屏上与S1 及S2等距离的点，在该点处两束光波的光程差也 为零，因而两波相互加强而成零级的亮条纹。在 P。点的两边还排列着明暗相间的干涉条纹
若S1和S2发之间的距离为d，S至观察屏的距离 为D（当用测微目镜代替屏进行观察时，则为S 至目镜的可动分划板间的距离），Po为屏上与S1 及S2等距离的点，在该点处两束光波的光程差也 为零，因而两波相互加强而成零级的亮条纹。在 Po点的两边还排列着明暗相间的干涉条纹
Xk Po ● 设S1和S2到屏上距Po点的距离为Xk的Pk点的光程差为 δ，当D>>d、D>>X时，有 D
设S1和S2到屏上距Po点的距离为Xk的Pk点的光程差为 δ ，当D >> d、D >>X 时，有 d D xk =
根据相干条件，当光程差6满足： D Xk= k入 d 时，即在δ=k (k=0,±1,2，)处产生亮条纹； 6-+3即x-k+2入 而 产生暗条纹。这样，两相邻亮条纹的距离为 D Ar=X1-x6=D入 d 如果测得D,d及便可由式求出入值
根据相干条件，当光程差 δ 满足： 时，即在 如果测得D，d及便可由式求出 λ值。 产生暗条纹。这样，两相邻亮条纹的距离为 = k (k = 0,1,2, ) k d D xk = 处产生亮条纹； ) 2 1 = (k + ) 2 1 = (k + d D xk d D x x x = k+1 − k = 而 即
三.如何测量D、d、△x 用两次成像法 测量D、d,如 左图示意 d=√dd D=2f+V4f2+△2 测量△X 注意：用测微目 镜测量时，要 克服螺距差
二.如何测量D、d、Δx 用两次成像法 测量D、d，如 左图示意 测量 Δx ' '' d = d d 2 2 D = 2 f + 4 f + 注意:用测微目 镜测量时，要 克服螺距差
三.元件共轴调节 为了获得清晰的干涉条纹，保证有关物理量 的测量精度，实验装置应调节到下述状态： (1)光具座上各元件等高共轴。 (2)双棱镜的棱脊严格平行于狭缝，且狭缝宽度 适当，以获得清晰的干涉条纹。 具体调节方法如下： 1.将白光源，狭缝s,双棱镜按图依次放置在光具座 上。用目视粗调各元件中心等高，且使中心线平行 于光具座，双棱镜的底面与中心线垂直
三.元件共轴调节 为了获得清晰的干涉条纹，保证有关物理量 的测量精度，实验装置应调节到下述状态： （1）光具座上各元件等高共轴。 （2）双棱镜的棱脊严格平行于狭缝，且狭缝宽度 适当，以获得清晰的干涉条纹。 具体调节方法如下： 1.将白光源，狭缝s，双棱镜按图依次放置在光具座 上。用目视粗调各元件中心等高，且使中心线平行 于光具座，双棱镜的底面与中心线垂直
2.点亮光源，使其均匀照亮狭缝。调节双棱镜或狭缝， 使由狭缝射出的光束能对称的照射在双棱镜棱脊的两 侧。 3.在双棱镜的后面（并靠近双棱镜）放一白屏，从屏 上光斑中可找到一条亮光带（此光带就是两相干光束 的交叠区)。以测微目镜代替白屏，调节目镜的上下 和左右位置，使其光带进入目镜视场。 4.调出白光干涉条纹。通过测微目镜观察，调节狭缝 的宽度，并微调狭缝的方位使其与双棱镜的棱脊平行 直到出现清晰的彩色干涉条纹。 5转动目镜读数鼓轮，使叉丝交点对准零级条纹（白 色亮条纹)，设此时目镜在光具座上的位置为I
2.点亮光源，使其均匀照亮狭缝。调节双棱镜或狭缝， 使由狭缝射出的光束能对称的照射在双棱镜棱脊的两 侧。 3.在双棱镜的后面（并靠近双棱镜）放一白屏，从屏 上光斑中可找到一条亮光带（此光带就是两相干光束 的交叠区）。以测微目镜代替白屏，调节目镜的上下 和左右位置，使其光带进入目镜视场。 4.调出白光干涉条纹。通过测微目镜观察，调节狭缝 的宽度，并微调狭缝的方位使其与双棱镜的棱脊平行 直到出现清晰的彩色干涉条纹。 5.转动目镜读数鼓轮，使叉丝交点对准零级条纹（白 色亮条纹），设此时目镜在光具座上的位置为I
6.沿光具座后移目镜（保证干涉条纹零级不 移出目镜视场)，使之处与另一位置Ⅱ，调 节双棱镜的左右位置，使零级条纹仍对准目镜 叉丝交点；再使目镜移到位置I,转动目镜读 数鼓轮，使叉丝交点再次对准零级条纹 如此反复调节，直到测微目镜沿光具座前后 移动时，零级条纹始终与叉丝交点对准。此 时狭缝、双棱镜共轴。 7.再在光源与狭缝之间插入干涉滤波片，在双 棱镜与测微目镜之间放置透镜L,调节L与系 统共轴。（调节方法参考测量透镜焦距实验） 至此，整个实验装置已调好，可开始测量
6.沿光具座后移目镜（保证干涉条纹零级不 移出目镜视场），使之处与另一位置II，调 节双棱镜的左右位置,使零级条纹仍对准目镜 叉丝交点；再使目镜移到位置I，转动目镜读 数鼓轮，使叉丝交点再次对准零级条纹…… 如此反复调节，直到测微目镜沿光具座前后 移动时，零级条纹始终与叉丝交点对准。此 时狭缝、双棱镜共轴。 7.再在光源与狭缝之间插入干涉滤波片，在双 棱镜与测微目镜之间放置透镜L，调节L与系 统共轴。（调节方法参考测量透镜焦距实验） 至此，整个实验装置已调好，可开始测量