【实验简介】波动光学研究光的波动性质、规律及其应用，主要内容包括光的干涉、衍射和偏振。1818年菲涅耳的双棱镜干涉实验不仅对波动光学的发展起到了重要作用，同时也提供了一种非常简单的测量单色光波长的方法。通过本实验学习利用光的干涉现象测量光波波长的方法，了解双缝的干涉条件及在实验中如何实现，掌握实验光路的调节和测微目镜的使用。【预习操作要点】1.双棱镜干涉及测光波长方法菲涅耳双棱镜是由两块底边相接、折射校角a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。Px-hFfSAx-Xr6P2S2D图3-15-2条纹间距与光程差及其它几何量之关系在图3-15-2中，设由双棱镜B所产生的两相干虚光源SI、S2间距为d，观察屏P到S1S2平面的距离为D。若P上的FO点到SI和S2的距离相等，则SI和S2发出的光波到O的光程也相等，因而在O点相互加强而形成中央明条纹（零级干涉条纹）。设S1和S2到屏上任一点PK的光程差为D，PK与FO的距离为XK，则当dK（F0、1、2、·）时，得到明条纹。此时，由（3-15-1）式可知+KADXx=±Q(3-152)
【实验简介】 波动光学研究光的波动性质、规律及其应用，主要内容包括光的干涉、衍射和偏振。1818 年菲涅耳的双棱镜干涉实验 不仅对波动光学的发展起到了重要作用，同时也提供了一种非常简单的测量单色光波长的方法。通过本实验学习利用 光的干涉现象测量光波波长的方法， 了解双缝的干涉条件及在实验中如何实现，掌握实验光路的调节和测微目镜的使 用。 【预习操作要点】 1．双棱镜干涉及测光波长方法 菲涅耳双棱镜是由两块底边相接、折射棱角 a 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。 在图 3-15-2 中，设由双棱镜 B 所产生的两相干虚光源 S1、S2 间距为 d，观察屏 P 到 S1S2 平面的距离为 D。若 P 上的 P0 点到 S1 和 S2 的距离相等，则 S1 和 S2 发出的光波到 P0 的光程也相等，因而在 P0 点相互 加强而形成中央明条纹(零级干涉条纹)。 设 S1 和 S2 到屏上任一点 PK 的光程差为 D，PK 与 P0 的距离为 XK，则当 d<<D 和 XK<<D 时，可得到 (3-15-1) 当光程差 D 为波长的整数倍，即 (K=0、1、2、···)时，得到明条纹。此时，由（3-15-1）式可知 (3-15-2)
这样，由（3-15-2）式相邻两明条纹的间距为DAX=Xx+1-Xx-d于是AAX-D(3-153)对暗条纹也可得到同样的结果。（3-15-3）式即为本实验测量光波波长的公式。2．实验装置与光路满足的条件1+C克1-M+d1-+PLisBPL2图3-15-4双棱镜干涉实验装置实验装置如图3-15-4所示，除光源外各器件均需安置在光具座上，Q为钠光灯：S为宽度及取向可调单缝：透镜L1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为双棱镜：L2为辅助成像透镜，用来测量两虚光源S1、S2之间的距离dP为观察屏，用作调节光路：M为测微目镜。根据光的干涉理论和条件，为获得对比度好、清晰的干涉条纹，调节好的光路必须满足以下条件：（1）光路中各元件同轴等高。（2）单缝与双棱镜棱脊严格平行，通过单缝的光对称地射在双棱镜的棱脊上。（3）单缝宽窄合适，否则干涉条纹对比度很差。3.光路调节实验中单缝S宽度的调节是单边移动来实现的，故单缝应置于三维可调滑块上：双棱镜B置二维可调滑块上：辅助成像透镜L2置三维可调滑块上。（1）目测各器件共轴等高。（2）调节光源Q、透镜L1及单缝S使光对称射在双棱镜B的棱脊上
这样，由（3-15-2）式相邻两明条纹的间距为 于是 (3-15-3) 对暗条纹也可得到同样的结果。（3-15-3）式即为本实验测量光波波长的公式。 2．实验装置与光路满足的条件 实验装置如图 3-15-4 所示，除光源外各器件均需安置在光具座上，Q 为钠光灯；S 为宽度及取向可调单缝；透镜 L1 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 为双棱镜；L2 为辅助成像透镜，用来测量两虚光源 S1、S2 之间的距离 d；P 为观察屏，用作调节光路；M 为测微目镜。 根据光的干涉理论和条件，为获得对比度好、清晰的干涉条纹，调节好的光路必须满足以下条件： （1）光路中各元件同轴等高。 （2）单缝与双棱镜棱脊严格平行，通过单缝的光对称地射在双棱镜的棱脊上。 （3）单缝宽窄合适，否则干涉条纹对比度很差。 3．光路调节 实验中单缝 S 宽度的调节是单边移动来实现的，故单缝应置于三维可调滑块上；双棱镜 B 置二维可调滑块上；辅助成 像透镜 L2 置三维可调滑块上。 （1）目测各器件共轴等高。 （2）调节光源 Q、透镜 L1 及单缝 S 使光对称射在双棱镜 B 的棱脊上
（3）单缝S与双校镜B距离合适（一方面两者距离越大，干涉条纹越蜜：另一方面经双棱镜折射后的光线汇聚在单缝上。），将测微目镜M置于双棱镜后附近处，在改变单缝宽度、取向的同时观察干涉情况，以获得对比度好、清晰的干涉条纹。（4）移动测微目镜使其与单缝的距离略大于辅助成像透镜12四倍焦距。注意在移动测微目镜的同时观察干涉条纹，若干涉条纹朝一边移动则通过调节放置单缝的三维可调滑块，使干涉条纹处于目镜中央。（5）在双棱镜与目镜之间加入辅助成像透镜，移动其位置使通过目镜能观察到虚光源两次成像。（6）固定各器件之间距离不变，测量有关量。具饺壳体固定分划板丝杆仓作EKLBF可动分划板品激效敏轮固定银接简图3-15-3测微目镜结构外形简图3.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。注意事项：（1）测微目镜中十字叉丝移动的方向应与被测物线度方向平行，即竖线与之垂直。（2）为消除鼓轮的丝杆螺纹与螺母之间存在间隙以及鼓轮空转所引起的系统误差，测量应缓慢朝一个方向转动鼓轮，中途不可逆转。（3）转动鼓轮观测十字叉丝的位置时，不要移出其观测范围（0~10mm）
（3）单缝 S 与双棱镜 B 距离合适（一方面两者距离越大，干涉条纹越蜜；另一方面经双棱镜折射后的光线汇聚在单缝 上。），将测微目镜 M 置于双棱镜后附近处，在改变单缝宽度、取向的同时观察干涉情况，以获得对比度好、清晰的 干涉条纹。 （4）移动测微目镜使其与单缝的距离略大于辅助成像透镜 L2 四倍焦距。注意在移动测微目镜的同时观察干涉条纹， 若干涉条纹朝一边移动则通过调节放置单缝的三维可调滑块，使干涉条纹处于目镜中央。 （5）在双棱镜与目镜之间加入辅助成像透镜，移动其位置使通过目镜能观察到虚光源两次成像。 （6）固定各器件之间距离不变，测量有关量。 3．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。 注意事项： （1）测微目镜中十字叉丝移动的方向应与被测物线度方向平行，即竖线与之垂直。 （2）为消除鼓轮的丝杆螺纹与螺母之间存在间隙以及鼓轮空转所引起的系统误差，测量应缓慢朝一个方向转动鼓轮， 中途不可逆转。 （3）转动鼓轮观测十字叉丝的位置时，不要移出其观测范围（0~10mm）
（4）不要用手触摸任何镜头。【实验仪器】光具座及附件，测微目镜，双棱镜，宽度和取向可调单缝，凸透镜，像屏，钠光灯。【分析思考】1．由实验调节过程说明，得到清晰的、对比度好的干涉条纹的关键是什么？2．结合实验现象，讨论分析单缝宽度对干涉现象的影响，改变单缝与双棱镜的间距时，干涉条纹的变化规律以及移动测微目镜时干涉条纹的变化情况。3.双棱镜干涉条纹的空间分布有何特点？在实验中测量的相邻亮纹间距DX与什么有关？在实验中应注意什么？
（4）不要用手触摸任何镜头。 【实验仪器】 光具座及附件，测微目镜，双棱镜，宽度和取向可调单缝，凸透镜，像屏，钠光灯。 【分析思考】 1．由实验调节过程说明，得到清晰的、对比度好的干涉条纹的关键是什么？ 2．结合实验现象，讨论分析单缝宽度对干涉现象的影响，改变单缝与双棱镜的间距时，干涉条纹的变化规律以及移动 测微目镜时干涉条纹的变化情况。 3．双棱镜干涉条纹的空间分布有何特点？在实验中测量的相邻亮纹间距 DX 与什么有关？在实验中应注意什么？