双棱镜干涉测光波波长
实验七 用双棱镜干涉测光波
分别测得两放大像的间距d1和两缩小像的间
距d2，则按下式即可求得两虚光源的间 距 d ．多测几次 d ，取平均值：
d d1d2
(2)
(4)用所测得的
x 、d
、 d 值，代入式
d x ，求出光源的波长 ． d
(5)计算波长测量值的标准不确定度
4．注意事项 (1)使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读
2．试证明公式
d d1d2
再见
1．调节共轴 (1)按图所示次序，将单色光源M，会聚透 镜L，狭缝S，双棱镜AB与测微目镜P放置在 光具座上．用目视法粗略地调节它们中心等 高、共轴，棱脊和狭缝S的取向大体平行．
(2)点亮光源M，通过透镜L照亮狭缝S，用手
执白屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后 的光束，是否有叠加区P1P2(应更亮些)? 叠 加区能否进入测微目镜? 当移动白屏时，叠 加区是否逐渐向左、右(或上、下)偏移? 根据观测到的现象，作出判断，进行必要 的调节使之共轴．
设两虚光源S1和S2之间的距离为 d ，虚光源
所在的平面(近似地在光源狭缝S的平面内)到 观察屏P的距离为d，且 d <<d，干涉条纹间 距为△x，则实验所用光源的1)
d和△x，就可用式(1)计 因此，只要测出 d 、
算出光波波长．
实验内容
图中AB是双棱镜，它的外形结构如右图所示，
将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板， 端面与棱脊垂直，楔角 较小( 一般小于 1°)．从单色光源发出的光经透镜L会聚于狭 缝S，使S成为具有较大亮度的线状光源．从 狭缝S发出的光，经双棱镜折射后，其波前被 分割成两部分，形成两束光，就好像它们是 由虚光源S1和S2发出的一样，满足相干光源 条件，因此在两束光的交叠区域P1P2内产生 干涉．当观察屏P离双棱镜足够远时，在屏上 可观察到平行于狭缝S的、明暗相间的、等间 距干涉条纹．
用双棱镜干涉测光波波长
用双棱镜干涉测光波波长
双棱镜干涉法是一种常用的测量光波波长的方法。
在这种方法中，我们使用一对排列
在一起的两个棱镜来分离出不同波长的光并进行干涉。
通过调节棱镜的角度和距离，我们
可以精确测量光波的波长。
在进行双棱镜干涉测量时，首先需要一台光源。
这个光源可以是白光或单色光。
为了
获得更加精确的结果，我们通常使用相干光源，如激光。
相干光源可以产生涡旋状干涉条纹，这对于测量光波的波长非常有用。
接下来，将光源照射在双棱镜的一侧。
这两个棱镜的相对角度和位置都非常重要。
我
们需要调整它们的角度和距离，使它们之间的光程差为整数倍的波长。
这样才能确保在干
涉的时候产生明显的干涉条纹。
一旦我们找到了正确的角度和距离，我们就可以开始观察干涉条纹了。
这些干涉条纹
是由两个光波相遇并干涉而产生的。
如果两个波长相同，干涉条纹会显现出一系列等距的
暗线和亮线。
然而，如果两个波长不同，干涉条纹会出现偏移，并且不再对齐。
这意味着
我们可以通过观察干涉条纹的形状和位置来测量光波的波长。
在实际测量中，我们通常使用一个显微镜来观察干涉条纹。
显微镜可以放大这些条纹，使得我们可以更加清楚地观察它们的形状和位置。
通过使用一些基本的几何和数学计算，
我们就可以从干涉条纹的位置和形状中得出光波的波长。
普物实验：复习-双棱镜干涉测波长
3．试证明公式 d'
因当两次成像时,如图,有
u v u v
d’
即所谓共轭.又因,
d 1d2
d' u
d' u
u
d1 v
d2 v
由上两式得:
d' 2 1
d1d2
所以
d'
d 1d2
v u'
L
d1 d2
v'
附：共轭的证明
按照透镜成像公式，在O1处
d’
1 1 1 u Lu f
在O2处
u
1 1 1
4、在双棱镜测定光波波长实验中,你能想出其他方法 测量两个虚光源到测微目镜之间的间距吗?
用双棱镜测定光波波长
一、干涉相关知识 二、实验基本原理 三、如何测量D、d、Δx 四、元件共轴调节 五、实验常见问题及处理
若S1和S2发之间的距离为d ’，S至观察屏的距离为d，
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。
d’
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 x
d
如果测得d，d‘及便可由式求出 λ值。
二.如何测量测量d、d’、Δx
用两次成像法测量d、d’，如下图示意：
d’
d1 d2
测微目镜测量放大和缩小虚光源的间距（d1、d2）
d d1d2
ud vd f
因上两式等号右边相等， 而v=L－u，解得
u Ld 2
v=L－u= L- L 2=d
双棱镜干涉测波长
大
学
物
理
实
验
从表中有关数据可知，
d1 =1.417mm
d2 = 0.422mm
d = d1d2 = 0.773mm
D = 556.5mm
L = l2 − l1 =18.65cm
将上述相关数据代入（2-5）式可知， 验测量值与公认值相对百分误差
λ − λ公 ×100% = 2.5% E= λ公
λ = 574.7（nm）实
大
学
物
理
实
验
大
学
物
理
实
验
参考数据
1．测量干涉条纹间距ΔX数据记录表
干涉条纹序号 条纹位置X(cm) 1 1.505 11 5.683
ΔX = ( X 11 − X 1 ) /10
0.413
2．测量d、L、D原始数据记录表
测量次数 透镜L1的位置 (cm) 虚光源像位置读数(mm) 虚光源像间距d1(mm) 透镜L2的位置 (cm) 虚光源像位置读数(mm) 虚光源像间距d2(mm) 1 21.60 4.128 5.545 1.417 39.25 3.419 3.841 0.422
P B S1 d S S2
D
大
学
物
理
实
验
条纹间距与光程差及其它几何量之关系
PK+1 PK
S1
θ θ
P0
XK
XK+1
d
S2 Δ
D
λ=
d ΔX D
大
学
物
理
实
验
双棱镜干涉实验装置图
M Q L1 S
D= d 2 + d1 d 2 − d1 L
双棱镜干涉测波长的的讨论(精)
双棱镜干涉测波长的的讨论（宋飞物理学院2007级基地班20071001096）摘要：用双棱镜干涉测量光波波长波动光学中非常重要的一个实验，该实验的关键环节是测量两虚相干光源间的距离，大多数实验教科书中大都采用一次成像法和二次成像法测量两虚相干光源的间距，这两种方法在实验中操作难度大，测量结果精度不高。
棱镜位移法从一定程度上修正了二次成像法产生误差的根源，减少了系统误差。
同时对二次成像法中的关键公式进行了推导，解除了同学在试验中疑惑。
关键词：双棱镜干涉波长棱镜位移法引言在光学的发展中，波动光学一直占有相当重要的地位，特别是在托马斯·杨的双缝干涉，成功的验证了光的波动学说，并成为波动光学的的经典。
随后许多科学家运用相同原理进行干涉试验，以杨氏干涉为代表的干涉我们称之为分波面干涉。
通过理论推导，我们可以利用此原理进行光波长的测量。
菲涅耳双棱镜测波长的原理在测量光的波长时，我们并没有选取经典的杨氏双缝干涉，因为杨氏双缝干涉的致命弱点是是两个缝大大的削弱了光经过双缝后的光强，使得干涉条纹亮度小，清晰度差，有效测量条纹少等。
为解决上述问题，，在实际试验测量中我们选用菲涅耳双棱镜进行试验。
实验原理如图一所示。
双棱镜是由两个折射角极小的直角棱镜组成的。
借助棱镜界面的两次折射，可将光源（狭缝）发出的光的波阵面分成沿不同方向传播的两束光。
这两束光相当于由虚光源S1、S2发出的两束相干光（如图所示）。
于是它们在相重叠的空间区域内产生干涉。
将光屏插进上述区域中的任何位置，均可看到明暗相间的干涉条纹。
可以证明，相邻两明（或暗）条纹间的距离为：ΔX＝X k+1－X k＝(D/d)λ式中：D为狭缝到观察屏的距离；d为两虚光源之间的间距；λ为入射光波波长。
上式表明，只要测出d 、D 和ΔX ，就可算出光波波长λ。
图一 双棱镜干涉条纹计算图如何测量D 、ΔX 和d ？测量D 的方法是测出聚光透镜到干涉屏的距离，即像距s '，通过高斯公式计算出物距u ，则D s u '=+。
实验十九用双棱镜测定光波波长一、实验目的要求
实验十九用双棱镜测定光波波长一、实验目的要求1．观察双棱镜产生的光的干涉现象，掌握获得双光束干涉的一种方法，进一步理解产生干涉的基本条件。
2．掌握在光具座上对光具组进行调整的技术。
．学会利用双棱镜粗略地测定光波的波长。
二、仪器用具双棱镜、可调狭缝、辅助透镜、测微目镜、光具座、单色光源、米尺三、实验原理两个独立的光源不能产生干涉，必需用光学的方法，将一个原始光源(振源)分成两个位相差不变的幅射中心，即造成“相干光源”。
单色光源M发出的光从S狭缝射出，经过双棱镜的折射产生两个虚像S1、S2它们是相干光源，故在两束光相互交叠的区域P1P2内，光强分布不均匀。
在某些地方表示为减弱，结果屏幕上形成明暗交替的等宽线形条纹。
设d为两虚光源S1和S2之间的距离，D为虚光源所在平面至观察屏幕P的距离，且d《D，干涉条纹宽度∆X，则实验所用光波滤入可由下式表示：上式表明只要测出d、D和∆X，就可以求出光波波长。
四、实验步骤1．将单色光源M，狭缝S，双棱镜B与测微目镜P按图三所示次序放置在光具座上，用目视法粗略地调整它们的中心高度，使其共轴。
2．点亮光源，使M发出的光照亮狭缝S，并使双棱镜底面与光束垂直，调节光源或狭缝，使狭缝射出的光能对称地照射在双棱镜钝角棱的两侧。
3．调节测微目镜，使从目镜中能观察到清晰的干涉条纹。
4．用测微目镜测量干涉条纹的宽度∆X，因为任意两纹之间距相等，可先使目镜叉丝对准某亮纹中心读出测量值，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过3个条纹，再读出测量值，这两次读数之差，除以3，即为条纹宽度，重复测量2次，求取平均值。
5．用米尺测出由狭缝到测微目镜叉丝平面的距离D 。
6．用透镜两次成法测两虚光源之间距d 。
在测微目镜和狭缝固定的情况下(D>4f /)前后移动透镜，分别测得到两次清晰成像，测量此实像的间距d 1和d 2值，代人，求出d 值。
7．将所测得的∆X 、d 、D 代入求出光波波长。
实验记录：测量次数12X1和X2，测3个条纹X1X2X1X2∆X=（X2-X1）/3∆X D77.8cm d1和d2d1d2λ=波长标准值λ标=5893Å五、问题，思考题1：双棱镜是怎样实现双光束干涉的?是否在空间任何位置都能观察到双棱镜产生的干涉条纹?干涉条纹的宽度，数目曲哪些因素决定?2：分析本实验中产生误差的原因。
用双棱镜测定光波波长.
xk d D
当
(k 0, 1, 2,)
k
在
D x k k d
处产生亮条纹；
D 1 1 而当 (k ) 即 x k (k ) 产生暗条纹。 d 2 2 D 这样，两相邻亮条纹的距离为：x x k 1 x k d
如果测得D，d及便可由式求出 λ值。
二.如何测量测量D、d、Δx
用两次成像法测量D、d，如下图示意：
在实验光具座上测出透镜两次移动间距（Δ），同时 用测微目镜测量放大和缩小虚光源的间距（d’、d’’）
d dd
'
''
D 2 f 4 f 2 2
测量 Δx
直接用测微目镜测量多条干涉条纹间距nΔX 注意:用测微目镜测量时，要克服螺距差
四.实验仪器
干涉 滤波 片 可调 狭缝
双棱镜 凸透镜 测微 目镜
辅助屏
五.实验常见问题及处理
1.测量仪器没有调节好就开始测量数据。实验中通 过测微目镜来测量数据，首先要调节测微目镜的 可旋转目镜部分，将分划板上的叉丝调节到自己 认为最清晰，方可开始后面的测量。 2.用测微目镜测量数据，在具体的操作中转动读数 鼓轮时同样要克服螺距差。 3.在实验中往往出现干涉条纹不够清晰，而有些操 作者就开始测量。引起条纹不够清晰的原因很多： 1.)狭缝过宽，引起双缝干涉的条纹对比度降低 2.）狭缝没有与双棱镜的棱脊平行，等等。
三.元件共轴调节
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.调节单狭缝与双棱镜以及测微目镜共轴。（利用 白光干涉中心位置的移动调节） 2.调节透镜使其与上述系统共轴。（可参考透镜焦 距测量实验）
双棱镜法测光波波长的方法探究
双棱镜干涉法测光波波长的方法探究13级物理师范 黄传帅引言：前不久，在张老师的指导下我做了双棱镜干涉实验，测得了光的波长。
回去自己思考后并查阅相关文献，获知双棱镜干涉法测光波波长的方法不仅仅局限于一种，而且每种方法都有它的优缺点。
因此通过探究双棱镜法测光波波长的方法，并分析它们的原理及其不足之处，可以提高物理系的本科生的科研能力和科学素养及其分析问题的能力，也可以丰富该实验在教学中的应用，增强学生对光的干涉的理解。
双棱镜干涉测光波波长实验是光学实验中一个基本的又是带有典型的实验,它可作为综合性或设计性实验,整个实验过程动手能力是一个很好锻炼和提高;通过数据处理和误差分析能对培养科学素质和科研能力以及分析问题和解决问题的能力起到很好的促进作用。
【一】 二次成像法（1） 实验原理如果两种频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的相位比随时间的变化而变化，那么在两列光波相交的区域，光波分布是不均匀的，而且是在某些区域表现为加强，在某些地方表现为减弱（甚至可能为零），这种表现称为光的干涉。
在菲涅尔1818年设计的双棱镜干涉实验中，杨氏干涉实验中的双狭缝被一个双棱镜取代。
光源S 发出的光经双棱镜折射而形成两束光，可视为分别从虚光源S1、S2发出。
在两光束相交的区域放置观察屏，在P1、P2区间就可以观察到干涉条纹。
虚光源等效于双狭缝 形成了光波的分波面干涉。
设 d '代表两虚光源1S 和2S 间的距离，D 为虚光源所在的平面（近似的在光源狭缝S 的平面内）至观察屏P 的距离，且干涉条纹宽度为.则实验所用光波波长 可由下式表示：x d d ∆='λ 上式表明，只要测出d ',d 和 ，就可算出光波波长。
这是一种光波波长的绝对测量方法，通过使用简单的米尺和测微目镜，进行毫米量级的长度测量，便可推算出微米量级的光波波长。
(2)实验步骤1、调节共轴（1）将单色光源M （氦氖激光器）、会聚透镜L 、狭缝S 、双棱镜AB 与测微目镜P ，按下图图所示次序放置在光具座上，用目视粗略的调整它们中心等高、共轴，并使双棱镜的底面与系统的光轴垂直，棱脊和狭缝的取向大体平行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
/d U u
d x D d ⋅=∆=，λ，UD
x u d x D d ∆=∆=/λ222/22)()()()()(/v u u u d
u x u D u u v u d x D +++∆+=∆λλ双棱镜干涉测光波波长
[预习思考题]
1、公式 中各量的物理意义是什么？实验中需测哪些物理量？
答：二式中各量的物理意义：λ是待测光波长；d 是狭缝的两个虚像之间的距离；D 为狭缝到观察屏的距离；ΔX 为干涉条纹间距；U 为物距（狭缝到透镜的距离）；υ为像距（透镜到测微目镜的距离。
目镜视场中有d 的像）； d ／为虚光源间距d 的像。
实验中需要测量的量有：D 、ΔX 、U 、υ、d 。
2、导出λ的不确定度传播式。
解：对上式取对数，求偏导，作方均根处理后即可得到：
3、导轨上的光学器件都等高共轴后，仍看不到干涉条纹，可能的原因主要有哪两个？
答：① 狭缝过宽；② 双棱镜棱脊未与狭缝平行。
4、使用测微目镜时应注意什么？
答：① 消除目的物与叉丝之间的视差（二者处于同一平面）；
② 消除空回误差（鼓轮应沿一个方向转动，中途不能反转）；
③ 叉丝的移动范围必须控制在毫米标度线所示的区域内（视场中的
，d
D λ，x D
d
∆=λ0～8mm 以内），以防损坏读数机构。
[实验后思考题]
1、为什么双棱镜的折射角α必须很小？
答：双棱镜的折射角α如过大，形成的虚光源的像就大而散，导致干涉
条纹不清晰；另外，干涉条纹间距ΔX= 若折射角α增大，虚光源间距d 就随之增大，
ΔX 就会变小,ΔX 太小则无法分辨，故双棱镜折射角α一般为0.5°～1°。
2、根据实际情况，说明狭缝宽度与干涉效果的关系。
答：狭缝过宽，则干涉条纹不清晰；狭缝过窄，又会因光通量太少使视场过暗，干涉条纹亮处不亮。
3、移动双棱镜，增大或缩小双棱镜与狭缝的间距、干涉条纹的疏密将如何变化？为什么？
答：当狭缝和测微目镜都固定后，若增大双棱镜与狭缝的距离，干涉条
纹将变密，反之变稀。
根据式 λ和D 不变，当双棱镜移向测微目镜时，d 将变大，所以ΔX 变小。