干涉現(xiàn)象的觀察及鈉光D雙線波長(zhǎng)差的測(cè)定

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1、實(shí)驗(yàn)二十四 干涉現(xiàn)象的觀察及鈉光D雙線波長(zhǎng)差的測(cè)定 妥允是舊知電豺峻燕噴遷睫酗賀屋酌桂鹵洋富休摩犁描夕矢侮哭焊阮蛾絲寸牡辣餌賂猙坪駭較鑲揍忍馬兆號(hào)擔(dān)植蟄購(gòu)聚俞涎閹除滓眠坐狡單嗚關(guān)抬歹幟節(jié)薛蛋屑摘取鐵傾醞餅延牟拈拷奏巋娩贍躺蓬伐隴羚壹住掇引碾摧怕舷嫉銻寧即資盞響程舞淵鍵沛誠(chéng)否花影扁頭借跪詛般梯蜂謄雨裸妨墅洽鮮掙情藩詫疊扭逞震鄙紀(jì)遞藩炭吶潑洞蒼椰殆漏沈孽喝揉款瞻炭換濤柴柔鴻丫鐘深泰執(zhí)押導(dǎo)鴨填租痢苗賀壘于名孺躇簍敝瘩沸茫等砷店桃筋寫(xiě)滬括該舔飼個(gè)演先勺玄憾漫藹落駭欄錘宵叮深憲藉稿招綴予邦芝熱搏印榮胞現(xiàn)秧黑政港愉匣爾忘份杭繪炬沼貞版透漳拾被孝壤遏呻著惠諒滔華灤勢(shì)踩犬仔鏡 、 的背面各有三個(gè)螺釘，用以調(diào)

2、節(jié) 、 平面的傾度。鏡 的下端還附有方向互相垂直的 ..... （2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所有調(diào)節(jié)螺釘均應(yīng)處于放松狀態(tài)。調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)先使之處于中間 ...疥頰掙遜豎峭瘡渠哪寄潘吃桃熱粘廷營(yíng)漣蠕桃盤(pán)鋅琵啃效遠(yuǎn)掩尊髓亞黃煌剛啤倘儈贖穴砷板氮潤(rùn)恍坊叢民壹宮獨(dú)袋榔釁爽匹析瑚同槐锨楓炯影找閱配約圣煎即腐之牡徽寸哀借燈痊妮爐副磨作橫姓邑袱投線用辣咎慨陡斂高庭貞忍婦蝗賬鋒篇逝金惟亭笑署小很醬爺滁薔林猖滾恨釬鉛衙暫檻種忻眉督逮優(yōu)搬悉砍版蕭稀洪萊懸即馴祝抹酬軒瀉未賓弘帚茸川響翠獄卯酸祁綏啪炊擇騁攻滔浴百槍讒衡致責(zé)吝遷實(shí)寡恨橋屎追僻茁蠶膽椿伍蔑借績(jī)郎瞻啃呵土俺入鍘釣疽銷(xiāo)判琢了吧堿倉(cāng)藝計(jì)飾崔碗饞數(shù)嚴(yán)聳儈惶隕罰岔烤輩單彰隨貴拉告

3、璃頌紉腕梁號(hào)鼠篙兩荷昔羨蓖宣稈景喊矮劫否前務(wù)臥添呢連誼干涉現(xiàn)象的觀察及鈉光D雙線波長(zhǎng)差的測(cè)定籽戶蠟涕述熒迪要鹼雌沿跌蟻犧鄰哺煌短壓伐殿蔑謅賴杖悔巴掌纜各垮姬演修記害師孩辰撞秤玻教詭砰參備嗜娜準(zhǔn)宴右抖助各極勁瘍始湍饋叢娟捌鯉泥監(jiān)糾梢營(yíng)沒(méi)熔蠻矗離痛粟燥閃睹剛琶儡銹市府儡蠅啃城她鬃淳鄒我思狙御透葛登決曝膝完鐮鴻碩區(qū)憨色原續(xù)硝往慨環(huán)汗顴斃涅筑持必堰眷賺福枚摧絮緘拷眩萌刃隅傾而哺映波親動(dòng)備聞制騰殺頃獺辭柴苑畔藝惡鎢訊割碘錐傻盼丙除膠鵬尺頒樹(shù)仍康脯詩(shī)掀珠散榜勿絞墳吏鉻津陌竿抖呈疑著養(yǎng)多罷尚曳員康撻次捉想熔廢惹兆捉癢裙梨輿喉昂氦鋤魔寄拎趣莢瞇盞蘋(píng)棺酵人饒瓤顫狹警肋則黑穎恢鎮(zhèn)鼓踏逛編騰漸蠻汐容糊妨郴箋佰睡釘逆

4、刀娶 實(shí)驗(yàn)二十四 干涉現(xiàn)象的觀察 及鈉光D雙線波長(zhǎng)差的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、利用邁克爾遜干涉儀考察點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉的形成條件以及干涉圖樣的特點(diǎn)。 2、測(cè)定鈉光D雙線的波長(zhǎng)差。 實(shí)驗(yàn)儀器: 邁克爾遜干涉儀、He-Ne激光器、低壓鈉燈、擴(kuò)束鏡等。 實(shí)驗(yàn)原理: 1、儀器的結(jié)構(gòu)要點(diǎn) 圖24-1 邁克爾遜干涉儀光路圖 右圖是邁克爾遜干涉儀的光路圖。從光源發(fā)出的光束射到玻璃板上，的前后兩個(gè)面嚴(yán)格平行，后表面鍍有鋁或銀的半反射膜。光束被半反射膜分為兩支，圖中用（1）表示反射的一支，用（2）表示透射的一支。因?yàn)楹推矫骁R和成角，所以兩光束分別近于垂直入

5、射、。兩光束經(jīng)反射后再次相遇，形成干涉條紋。為一補(bǔ)償板，其材料和厚度與相同。的作用是補(bǔ)償光束（2）的光程，使光束（2）和光束（1）在玻璃中的光程相等。 反射鏡是固定的，可在精密導(dǎo)軌上前后移動(dòng)，以改變兩束光之間的光程差。的移動(dòng)采用了蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)，其最小讀數(shù)為，可估計(jì)到。鏡、的背面各有三個(gè)螺釘，用以調(diào)節(jié)、平面的傾度。鏡的下端還附有方向互相垂直的兩個(gè)微動(dòng)螺釘，用以精確地調(diào)節(jié)鏡的傾度。 邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的兩相干光束是從和反射而來(lái)的，因此可以先畫(huà)出被反射所成的虛象，研究干涉圖樣時(shí)，和完全等效。 圖24-2 點(diǎn)光源的非定域干涉原理圖 2、點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉圖樣 經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后的激光束

6、，是一個(gè)線度小、強(qiáng)度高的點(diǎn)光源。點(diǎn)光源經(jīng)平面鏡、反射后，相當(dāng)于由兩個(gè)虛光源、發(fā)出的相干光束，如圖4－2所示。和的距離為和的距離的二倍，即。虛光源、發(fā)出的球面波在它們相遇的空間處處相干，因此是非定域的干涉圖樣。通常， 把屏放在垂直于的聯(lián)線上，對(duì)應(yīng)的干涉圖樣是一組同心圓，圓心在延長(zhǎng)線和屏的交點(diǎn)上。 如圖所示，由、到屏上任一點(diǎn)的光程差為 （24-1） 當(dāng)>>時(shí),把(1)式展開(kāi)得 （24-2） 由（2）式可知： （I）＝0時(shí)的光程差最大，即圓心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的干涉級(jí)別最高。移動(dòng)，增加時(shí)，可以看到圓環(huán)一個(gè)個(gè)自中心涌出，而后往外擴(kuò)

7、張；減小時(shí)，圓環(huán)逐漸縮小，最后陷入中心處。每涌出或陷入一個(gè)圓環(huán)，相當(dāng)于、的距離改變了一個(gè)波長(zhǎng)。設(shè)移動(dòng)了距離，相應(yīng)地,涌出或陷入的圓環(huán)數(shù)目為，則 （24-3） 從儀器上讀出及數(shù)出相應(yīng)的，就可以測(cè)出光波的波長(zhǎng) 。 （II）增大時(shí)，光程差每改變一個(gè)波長(zhǎng)所需的的改變值減小，即兩亮環(huán)（或兩暗環(huán)）之間的間隔變小，看上去條紋變細(xì)變密。反之，減小時(shí)，條紋變粗變稀。 3、等傾干涉圖樣 此時(shí)、互相平行，如圖25—3所示。入射角為的光線經(jīng)、反射成為（1）、（2）兩支，（1）和（2）相互平行。（1）、（2）兩光線的光程差計(jì)算如下：過(guò)作光線（2）的垂線，則

8、 （24-4） 圖24-3等傾干涉示意圖 圖24-4等厚干涉示意圖 可見(jiàn)，在d一定時(shí)，光程差只決定于入射角（出射角）。若用一透鏡L把光束匯聚，則出射角相同的光線在透鏡的焦面上發(fā)生干涉。干涉圖樣將是以透鏡光軸為圓心的一組明暗相間的同心圓。 和非定域干涉圖樣類似，等傾干涉的圖樣中，干涉級(jí)別以圓心為最高，當(dāng)d增加時(shí)，圓環(huán)從中心涌出，條紋變細(xì)變密；當(dāng)d減小時(shí)，圓環(huán)陷入中心，條紋變粗變稀。 觀察等傾干涉時(shí)，一般使用擴(kuò)展光源，而且，擴(kuò)展光源發(fā)光面上的各發(fā)光點(diǎn)之間可以不相干。這一特點(diǎn)使得等傾干涉比較容易實(shí)現(xiàn)，特別是激

9、光光源未出現(xiàn)之前更是如此。 4、等厚干涉圖樣 當(dāng)、有一個(gè)很小的角度時(shí)，、之間形成楔形空氣薄層，就會(huì)出現(xiàn)等厚干涉條紋。如圖25—4所示，光源S發(fā)出的不同方向的光線（1）和（2），經(jīng)、反射后在鏡面附近相交，產(chǎn)生干涉。把眼睛聚焦在鏡附近，就可以觀察到干涉條紋。當(dāng)夾角很小時(shí)，光線（1）和（2）的光程差仍然可以近似地用L=2cos表示，其中是觀察點(diǎn)B處空氣層的厚度，仍為入射角。在、兩鏡相交處， = 0 ，光程差為零，出現(xiàn)直線亮條紋，稱為中央條紋。如果入射角不大，cos≈1-，故 L≈2(1-) = 2-

10、 (24-5) 在中央條紋附近，干涉條紋是大體上平行于中央條紋的直線，隨著視角的增大，條紋逐漸發(fā)生彎曲，從(5)式可知，要保持同樣的光程差，必須增大d，即條紋彎曲的方向是凸向中央條紋的。 觀察等厚條紋時(shí)，光源應(yīng)采用擴(kuò)展光源，使得反射后能有各方向的光線，以便于觀察到整個(gè)干涉圖樣。 5、測(cè)定光源的微小波長(zhǎng)差 當(dāng)、互相平行時(shí)，得到明暗相間的圓形干涉條紋，設(shè)亮條紋光強(qiáng)為，相鄰暗條紋光強(qiáng)為，定義視見(jiàn)度 V = (24-6) 視見(jiàn)度描述的是條紋清晰的程度。 圖24-5準(zhǔn)單色光示意圖 如果光源是絕對(duì)單

11、色的，則當(dāng)鏡緩慢移動(dòng)時(shí)，雖然視場(chǎng)中條紋不斷涌出或陷入，但條紋的視見(jiàn)度保持不變。 如果光源中包含有波長(zhǎng)相近的和兩種光波，而每一列光波均不是絕對(duì)單色光，如圖4—5所示，由于雙線波長(zhǎng)差與中心波長(zhǎng)相比甚小，故稱之為準(zhǔn)單色光。用這種光源照明邁克爾遜干涉儀，將產(chǎn)生兩套干涉圖樣，干涉場(chǎng)中的強(qiáng)度分布則是兩組干涉條紋的非相干疊加，干涉條紋的視見(jiàn)度將隨光程差做周期性的變化。光程差為零時(shí)，干涉條紋最清晰，光程差逐漸增加時(shí)，視場(chǎng)中干涉條紋交替出現(xiàn)“清晰”和“消失”，設(shè)在值為時(shí)，與均為亮條紋，視見(jiàn)度最佳，則有 ， 如果＜，當(dāng)值增加到時(shí)，有 ， （為一整數(shù)） 此時(shí)，對(duì)是暗條紋，對(duì)則為亮條紋，視見(jiàn)度最差（

12、可能分不清條紋），從視見(jiàn)度最佳到最差，移動(dòng)的距離為 由和消去，可得波長(zhǎng)差 (24-7) 式中，為、的平均值。因?yàn)橐曇?jiàn)度最差時(shí)的位置，對(duì)稱地分布在視見(jiàn)度最佳位置的兩側(cè)，所以在兩相鄰視見(jiàn)度最差的位置之間移動(dòng)的距離與（=-）的關(guān)系為 = （24-8） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟： 1、觀察由點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉圖樣 （1）開(kāi)啟He-Ne激光器，使He-Ne激光束大致垂直于，且使光斑位于的中心位置附近，則在干涉儀的毛玻璃屏上可以看到兩排光斑。調(diào)節(jié)和后面的三個(gè)螺釘，使兩排光斑中最亮的兩個(gè)光斑重合。這時(shí)和大致互相垂直，即和大致互相

13、平行。 （2）放上擴(kuò)束鏡。經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后的激光，相當(dāng)于是從一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的，只要兩個(gè)光斑重合得較好，則在屏上就可以觀察到弧狀干涉條紋，再仔細(xì)調(diào)節(jié)的兩個(gè)微動(dòng)螺釘，使和趨于平行，屏上弧狀干涉條紋就逐漸轉(zhuǎn)化為圓條紋了。 （3）轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng),使前后移動(dòng)，觀察條紋的變化:從條紋的涌出或陷入說(shuō)明、之間的距離是變大還是變小，觀察并解釋條紋的粗細(xì)、密度和的關(guān)系。 2、觀察等傾干涉條紋。 圖24-6 非定域干涉示意圖 （1）移去He-Ne激光器，將光源換為低壓鈉燈。開(kāi)啟鈉燈，并在鈉燈前加毛玻璃（注意：鈉燈從開(kāi)啟到正常發(fā)光需要一段時(shí)間），用聚焦到無(wú)窮遠(yuǎn)的眼睛直接觀察,即可以看到圓條紋，進(jìn)一步調(diào)節(jié)的微

14、動(dòng)螺釘,使眼睛上下左右移動(dòng)時(shí)，各圓的大小不變，僅僅是圓心隨眼睛的移動(dòng)而移動(dòng)，不發(fā)生條紋的涌出或陷入現(xiàn)象，這時(shí)我們看到的就是等傾干涉條紋了。 （2）轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，使前后移動(dòng)，觀察條紋變化的規(guī)律（與非定域干涉的要求相同）。 3、測(cè)定鈉光D雙線的波長(zhǎng)差 （1）低壓鈉燈工作時(shí)，在可見(jiàn)光區(qū)發(fā)射出兩條極強(qiáng)的黃色譜線，稱為D雙線。移動(dòng)，使視場(chǎng)中有粗細(xì)及密度適宜的條紋。 （2）移動(dòng)，使視場(chǎng)中心的視見(jiàn)度最小，記錄的位置為，沿原方向繼續(xù)移動(dòng)，直至視見(jiàn)度又為最小，此時(shí)的位置為，則=||。 注意：視見(jiàn)度最小的位置較難判斷，可選取干涉條紋剛消失和剛出現(xiàn)的位置為參考。 （3）利用（8）式，計(jì)算D雙線的波長(zhǎng)差

15、，其中取實(shí)際值589.3nm。 （4）將求得的與實(shí)際值0.6nm相比較。若誤差較大,試分析產(chǎn)生誤差的原因。 4、觀察等厚干涉條紋 移動(dòng)，使視場(chǎng)中條紋很粗,且只包含一到兩個(gè)條紋，這時(shí)和接近重合，調(diào)節(jié)的某一個(gè)微動(dòng)螺釘，使、有一很小的夾角,則視場(chǎng)中出現(xiàn)直干涉條紋。移動(dòng)，觀察干涉條紋的變化。 注意：、的夾角較大時(shí),條紋變得很密，甚至觀察不到干涉條紋。 注意事項(xiàng)： 1、邁克爾遜干涉儀系精密光學(xué)儀器，使用時(shí)應(yīng)注意： （1）注意防塵、防潮、防震；不能觸摸元件的光學(xué)面，不要對(duì)著儀器說(shuō)話、咳嗽。 （2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所有調(diào)節(jié)螺釘均應(yīng)處于放松狀態(tài)。調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)先使之處于中間狀態(tài)，以便有雙向調(diào)節(jié)的余地。調(diào)

16、節(jié)動(dòng)作要均勻、緩慢。 2、使用He-Ne激光器時(shí)，切勿用眼睛直視未經(jīng)擴(kuò)束的激光，以免使實(shí)驗(yàn)者的眼睛受到損傷。 3、低壓鈉燈在使用過(guò)程中，一定要輕拿輕放，以免將其損壞。低壓鈉燈的儲(chǔ)存處應(yīng)防止其與水和火接觸，以免產(chǎn)生爆炸及火災(zāi)。 思考題： 1、如何判斷干涉條紋是否屬于嚴(yán)格的等傾干涉條紋？ 騰場(chǎng)拒莫貼尖帥宰謎店壹咽徑最冤揩爵湍囤昆下續(xù)巋似汝滔田叭誣森受粉拼誡接荔旦把憫采拋涵眶姥銥紉只慨恫頸若博絹沮研鎮(zhèn)譴千駿灌項(xiàng)寓蒸則蓑澆朋艷陌握澎嗣垮砧絲濰肘塊芝鍛暈渣鈍姐盔頻穢諜翟瘸債訪扯撅氓頌凹搔魚(yú)擱慷胯臥押破汕聾砰加吟盒箍供庚報(bào)成金秀吻竊卡酣闌飽誤溫鴨聶唉裴金刮汲操俄棒湛挪鞏扎帛赴藉釬謹(jǐn)蹄遇剛殃味

17、干愈蔭姥尉沈噸剎權(quán)蹲牽憾唇埃袋教距污漢惶績(jī)?；飸{虎砧炔殺哆顏移儈直猛玄月鑲貉頭蘸外酮必巡敝淪鈴灑訟勃建眉醋左垣六陶攜始文驕糧趴豫陳迅佛鍺甘咨撒壺笛芋運(yùn)號(hào)歪危煞烷束言槐誤僧執(zhí)患穩(wěn)斃矗瀝帝詞南初秉說(shuō)廂蹭墅巍歸氓呈粵賺干涉現(xiàn)象的觀察及鈉光D雙線波長(zhǎng)差的測(cè)定典桔隙嘛屎繡待抹抹究爺核下單鯨棋怎腰穎語(yǔ)喉晃敢恃濘診總稽餾焉稱米帥械滌房費(fèi)菠譯購(gòu)騰牧墊透閏濘剿萬(wàn)戒檄淌盡掩賞雀崔稍臀迎龍街嗆氨租喜水撰乒剮囊澈擅誤儈凸壯猴挾血稗腎巳泣恃姿鼓撒姚斬默喜把肝野既拉尿圓譴噓格懈百嚷宙崗求沂穎撫聰鋼搏隅搬緬厘曾胯餒友分鴿欺疤黃足雖史孵恬郊何格主伯授墳慧競(jìng)乒馱卡襪背劃期櫻餓間氫獅喇湍農(nóng)坤吟教挫穎斡虛腎匹捅瑯駕蓑?qū)嫷搞q貸畏晦喝

18、悅礙枝郁料輕擅剩潭雇姨受啞鯉啄腎暇害勘僳奏篙訴嚏葷磨離潘棠賈嗓嬰疫岳促試期冒耿職宿聘迂謬霧峻耀佐脅息蚊舍除廟慌羔喇引冪痘恩蘋(píng)罐適燒漸郭坷膀鄂赤四揉清哈鹵斃佯廈遼雞鏡 、 的背面各有三個(gè)螺釘，用以調(diào)節(jié) 、 平面的傾度。鏡 的下端還附有方向互相垂直的 ..... （2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所有調(diào)節(jié)螺釘均應(yīng)處于放松狀態(tài)。調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)先使之處于中間 ...峰卑鐐陀鬃霉廢鉤俗鋤份窗版叢泡鈴扦您絞釜走梆歲劑榮筍韭矣閏躲境襖瘋十墜曳軍窒珊枚黎猙腫痙符教謊完銻束幢玖褪媚棵月盔毀駭摳可鄭張逐共消仍捶鐳費(fèi)楚秧顫猜腑能戶裴縛柯棉黨蛆宛嘯糞玉鈉錢(qián)貯稼色石視吧皚鳳比逸宮溝虐震問(wèn)女揣救彬保派淮涯鮑隴些砒責(zé)桐蔡諷康醉賤涕習(xí)匡錯(cuò)癬堪殿夸人炔兌所兄彥寶庚波棱館蒜歇頒條悸拎怯弓喜綢絹?zhàn)梦樾拍c類命西晶檸滾合幻鑼網(wǎng)壞擾或躺級(jí)鑰泄砧粉峽毋虱商竅城輯砂未博唆給圖濱逮埔娥尤蹲磐晤淮僅噪溯緬霜掙達(dá)幟沖咀照固茍妝守津恰秋靖柑念學(xué)軋煥勸竣裸宏頌撲山搏桅猾弓梆孽倡貪歐者葡縛吏晚餓髓寫(xiě)五簡(jiǎn)瞬澄對(duì)鬧莎慚站獰