实验24干涉现象的观察及钠光D双线波长差的测定.doc

实验24 干涉现象的观察及钠光D双线波长差的测定 实验二十四 干涉现象的观察及钠光D双线波长差的测定 实验二十四 干涉现象的观察 及钠光D双线波长差的测定 实验目的: 1、利用迈克尔逊干涉仪考察点光源产生的非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉的形成条件以及干涉图样的特点。 2、测定钠光D双线的波长差。 实验仪器: 迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、低压钠灯、扩束镜等。 实验原理: 1、仪器的结构要点 右图是迈克尔逊干涉仪 的光路图。从光源发出的光S GG束射到玻璃板上，的前11 后两个面严格平行，后表面镀 有铝或银的半反射膜。光束被 半反射膜分为两支，图中用 (1)表示反射的一支，用(2) G表示透射的一支。因为和1图24-1 迈克尔逊干涉仪光路图 0MMMM平面镜和成角，所以两光束分别近于垂直入射、。两光451212 GG束经反射后再次相遇，形成干涉条纹。为一补偿板，其材料和厚度与21 G相同。的作用是补偿光束(2)的光程，使光束(2)和光束(1)在玻璃2 中的光程相等。 MM反射镜是固定的，可在精密导轨上前后移动，以改变两束光之21 实验二十四 干涉现象的观察及钠光D双线波长差的测定 ,4间的光程差。的移动采用了蜗轮蜗杆传动系统，其最小读数为，M10mm1 ,5可估计到。镜、的背面各有三个螺钉，用以调节、MMMM10mm1212 平面的倾度。镜M的下端还附有方向互相垂直的两个微动螺钉，用以精确2 地调节镜M的倾度。 2 迈克尔逊干涉仪所产生的两相干光束是从M和M反射而来的，因此12 MGM'M'M可以先画出被反射所成的虚象，研究干涉图样时，和完21222全等效。 2、点光源产生的非定域干涉图样 经扩束镜扩束后的激光束，是一个线度 M小、强度高的点光源。点光源经平面镜、1 M'SS'反射后，相当于由两个虚光源、发221 SS'出的相干光束，如图4,2所示。和的21 MM'距离为和的距离的二倍，即。d2d12 SS'虚光源、发出的球面波在它们相遇的空21 图24-2 点光源的非定域干涉原理图 间处处相干，因此是非定域的干涉图样。通常， SS'把屏放在垂直于的联线上，对应的干涉图样是一组同心圆，圆心在21 ESS'延长线和屏的交点上。 21 BLSS'如图所示，由、到屏上任一点的光程差为 21 实验二十四 干涉现象的观察及钠光D双线波长差的测定 2222L,(z，2d)，R,z，R 22222,z，4zd，4d，R,z，R (24-1) 2，，4zd，4d22,z，R1，,1,,22zR，,,，， 当>>时,把(1)式展开得 zd 222，，14zd，4d116zd22L,z，R,,,2222228z，R，zR，，,,，， 2，，2zddR (24-2) ,1，,,2222，，，zzR，zR，， d，，2,2dcos,1，sin,,,z，， 由(2)式可知: E(I),0时的光程差最大，即圆心点所对应的干涉级别最高。移, M动，增加时，可以看到圆环一个个自中心涌出，而后往外扩张;减dd1 S小时，圆环逐渐缩小，最后陷入中心处。每涌出或陷入一个圆环，相当于、1 ，，S',M的距离改变了一个波长。设移动了距离，相应地,涌出或陷,d21 入的圆环数目为，则 N 11 (24-3) ,d,,L,N,22 从仪器上读出及数出相应的，就可以测出光波的波长 。 ,dN, L(II)增大时，光程差每改变一个波长所需的的改变值减小，d,,即两亮环(或两暗环)之间的间隔变小，看上去条纹变细变密。反之，减d小时，条纹变粗变稀。 3、等倾干涉图样 MM'M此时、互相平行，如图25—3所示。入射角为的光线经、,121M'反射成为(1)、(2)两支，(1)和(2)相互平行。(1)、(2)两光线2 实验二十四 干涉现象的观察及钠光D双线波长差的测定 LBBD的光程差计算如下:过作光线(2)的垂线，则 L,AC，CB,AD 2d,, (24-4) ,,2dtg,sin,cos 2,,,1sin,,,2d,,2dcos,,,coscos,,,, 可见，在d一定时，光程差只决定于入射角(出射角)。若用一透镜L把光束汇聚，则出射角相同的光线在透镜的焦面上发生干涉。干涉图样将是以透镜光轴为圆心的一组明暗相间的同心圆。 图24-3等倾干涉示意图 图24-4等厚干涉示意图 和非定域干涉图样类似，等倾干涉的图样中，干涉级别以圆心为最高，当d增加时，圆环从中心涌出，条纹变细变密;当d减小时，圆环陷入中心，条纹变粗变稀。 观察等倾干涉时，一般使用扩展光源，而且，扩展光源发光面上的各发光点之间可以不相干。这一特点使得等倾干涉比较容易实现，特别是激光光源未出现之前更是如此。 4、等厚干涉图样 MM'MM'当、有一个很小的角度时，、之