16 第十六次课、球面波干涉和分波面双光束干涉解析
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分波面干涉实验实验目的:观察双棱镜产生的干涉现象,加深对干涉原理的理解;用双棱镜测量光波波长。
实验原理:如图1所示,图中显示了普通光源双棱镜干涉装置的结构原理示意图。
双棱镜是由两个棱镜的底边连在一起、折射棱角、都很小的三角棱镜组成。
实际上两个棱镜是由一块玻璃制成的,其角接近于180度。
借助双棱镜的两次折射,可将光源S发出的光的波阵面分成不同方向传播的两束光,这两束光相当于虚光源、发出的光束;因为这两束光是由同一光源S发出的,所以是相干的,在光束重叠区就要产生干涉现象。
虚光源、就是相干光源。
由普通光源发出的光束经过透镜会聚于狭缝,使之成为具有较大光强度的线状光源S,该狭缝应平行于双棱镜的棱,且垂直于纸面。
因为双棱镜的折射棱角很小,可认为S、、在同一平面内。
如图2 所示,设两虚光源、之间的距离为d,虚光源平面中心到屏的中心O距离为l,、所发出的光在P点相遇时,光程差为:设第k级亮条纹与中心O相距为则:=k可得到相邻亮条纹及暗条纹的间距为:x=变换公式可得到光波的波长为:=x如果测出了x、d、l的值,即可算出波长的值。
实验仪器:半导体激光器、双棱镜、激光功率指示计、十二挡光电探头、凸透镜、白屏等。
实验内容与数据处理:A双棱镜干涉装置的共轴调节与干涉现象的观察(1)依次将半导体激光器、凸透镜、双棱镜、光电探头放置在实验导轨上,目测粗调各元件的中心等高,使中心线平行于导轨,并保证激光光斑能够进入光电探头中。
(2)用白屏换下光电探头,调节透镜及双棱镜,在白屏上看到清晰的干涉条纹。
(3)在此前后移动双棱镜,可观察到干涉条纹的粗细变化和条纹数量的变化,使干涉条纹为5~7条。
(4)用光电探头换下白屏,转动测微旋钮,对干涉条纹进行扫描,观察光强的变化情况,以便确定暗纹的中心位置。
(5)将导轨上各滑块及各元件全部固定,保持稳定。
(6)用白屏换下光电探头,在双棱镜和白屏之间放置凸透镜,调节凸透镜的高度使之与系统共轴。
(7)移动凸透镜,在白屏上得到虚光源的清晰地放大或缩小的像。
§3 波面双光束干涉
一、产生干涉的四件可分为三种 1、分波面干涉 2、分振幅 3、分振动面
二、几种典型的分波面干涉实验
a 、杨氏实验(双缝干涉)
211 , ,s s s 足够小
21 ,s s 为相干光源
b 、菲涅耳双面镜
\
特例:两独立激光光源(或两平行光相干)
∞→r
θ
λ
s i n 2r y =∆
C 、洛埃镜(21p p 为干涉区) 实验结果分析:
当屏与镜接触,接触点0p 出现暗纹。
θ
θλ
θθsin 2cos cos sin 20r l r y l rd r r d +=∆+==
说明反射光的光程在介质表面反射时损失了半个波长,这现象称为半波损失。
D 、维纳驻波实验
G G '片涂一落层感光乳胶
入射波和反射波相遇在一起,也会发生相干迭加而形成驻波。
在Ga (与M M '接触的地方)无感光,即波切,即光产生了丰波损失。
例:杨氏实验
已知0,r y 放n -λ的透明片遮住一孔,使条纹移动距离y 。
求:薄片厚度l 。
解:θsin 12d r r =- l nl r r -+=12 0
)1(r n d
y l -⋅=
s i n r y tg =
=θθ 例:复合光入射,含(21λλ>) 求:第二级明纹的宽度l ∆
解:d
r
j y 0λ=
d
r
y y l 02121)(2λλ-=-=∆。