双棱镜干涉实验

菲涅尔双棱镜实验报告一、实验目的本实验旨在通过菲涅尔双棱镜实验，观察光的干涉现象，测量光波波长，并加深对光的波动性的理解。

二、实验原理菲涅尔双棱镜是由两个折射角很小的直角棱镜底边相接而成。

当一束单色平行光垂直照射在双棱镜的棱脊上时，经双棱镜折射后，其折射光可视为由两个虚光源发出的相干光。

这两个虚光源发出的光在空间相遇，会产生干涉条纹。

根据光的干涉原理，相邻两亮条纹或暗条纹之间的距离与光波波长、双棱镜到观察屏的距离以及两虚光源之间的距离有关。

通过测量条纹间距、双棱镜到观察屏的距离以及两虚光源之间的距离，就可以计算出光波波长。

三、实验仪器钠光灯、菲涅尔双棱镜、凸透镜、测微目镜、光具座等。

四、实验步骤1、调节光具座上各元件，使其共轴。

将钠光灯、双棱镜、凸透镜和测微目镜依次放置在光具座上，调节它们的高度和位置，使它们的中心大致在同一水平轴线上。

2、调整钠光灯的位置，使其发出的平行光垂直照射在双棱镜的棱脊上。

3、移动凸透镜，使通过双棱镜折射后的光线在测微目镜中形成清晰的像。

4、调节测微目镜，使其十字叉丝清晰，并使干涉条纹清晰可见。

5、测量条纹间距。

通过测微目镜测量相邻十条亮条纹或暗条纹之间的距离，多次测量取平均值。

6、测量双棱镜到测微目镜的距离。

使用直尺测量双棱镜到测微目镜的距离，同样多次测量取平均值。

7、测量两虚光源之间的距离。

利用凸透镜成像法测量两虚光源之间的距离。

五、实验数据及处理1、条纹间距的测量测量次数 1：＿____mm测量次数 2：＿____mm测量次数 3：＿____mm平均值：＿____mm2、双棱镜到测微目镜的距离的测量测量次数 1：＿____cm测量次数 2：＿____cm测量次数 3：＿____cm平均值：＿____cm3、两虚光源之间的距离的测量测量次数 1：＿____mm测量次数 2：＿____mm测量次数 3：＿____mm平均值：＿____mm根据实验原理，光波波长的计算公式为：＼＼lambda ＝＼frac{d ＼times ＼Delta x}｛D}＼其中，＼（＼lambda\）为光波波长，＼（d\）为两虚光源之间的距离，＼（＼Delta x\）为条纹间距，＼（D\）为双棱镜到测微目镜的距离。

172 实验二十九 双棱镜干涉菲涅耳双棱镜是一种分割波阵面而获得相干光的光学元件，可用它来作光的干涉实验，测量光波波长。

它通过对毫米量级的长度测量，可以推算出小于微米量级的光波波长。

实验目的1．观察双棱镜干涉现象，了解双光束干涉的方法；2．用双棱镜测定光的波长。

实验原理 两个独立的实际光源一般是很难产生干涉的，要干涉就必须有相干光源。

在一般情况下可将一束光用分振幅法或者是分波振面（波前）法，变成相干光。

双棱镜是一块顶角接近于180 ，折射角很小的三棱镜。

双棱镜亦可看作是由两块折射角很小，一直角边相接的直角三棱镜组合而成。

用单色光照明狭缝S （与双棱镜的棱边平行），由缝射出的光波通过双棱镜P 后，其波前便分割为两部分，各自向不同方向传播，可以把它们等价地看成是由两个符合相干条件的虚光源S 1、S 2所发出的柱面波，若在两光波叠加的区域中任意位置放d O 图29-1 双棱镜干涉d x k P 图29-2 双缝干涉的光程差173 一观察屏，就可以看到明暗相间的干涉条纹，条纹的取向与狭缝平行，如图29-1所示。

若已知S 1、S 2间的距离d ，S 1、S 2所在平面与观察屏间的距离为D 。

观察屏中央O 点与S 1、S 2的距离相等，则由S 1、S 2射来的两束光的光程差等于零，如图29-2所示。

在O 点处两光波相互加强，形成中央明条纹。

其余的明条纹分别排列在O 点的两侧。

若P 为观察屏上任意点，距中央O 为x ，在D 比d 大很多时，△S 1S 2S 1'与△SOP 可看作是相似三角形，因为∠PSO 很小，可用直角边D 代替斜边，于是有δd x D≈ 当 δλλ===⎫⎬⎪⎪⎭⎪⎪xd D k x D d k k ＝0，±1，±2，… ①时，两束光在P 点相互加强，形成明条纹。

当 δλλ==-=-⎫⎬⎪⎪⎭⎪⎪xd D k x D d k ()()212212 k ＝±1，±2，… ②时，两束光在P 点相互削弱，形成暗条纹。

双棱镜干涉的深入研究实验报告
实验目的：
通过实验研究双棱镜干涉的原理和特性。

了解干涉仪的结构、调节以及干涉问题的解
决方法。

实验器材：
双棱镜干涉仪、面镜、像差调节仪、人眼观察系统等。

实验原理：
在双棱镜干涉仪中，将白光通过狭缝经过一个凸透镜透过一块玻璃片，接着透过一个
双棱镜，形成一个两个半圆拱形的圆环。

因为白光是由多种颜色的波长组合而成的，所以
在圆环上不同位置的颜色不同。

干涉图像上最亮的区域称为中央主峰，其余区域的亮度随
距中央主峰的距离而减弱。

当将平行光平行地入射到双棱镜的一个侧面上时，由于双棱镜
上存在一个光程差，形成的干涉图像上会有一系列的明纹和暗纹，称为等光条纹。

实验过程：
将双棱镜干涉仪稳固地安装在铝合金支架上，并与电源线连通，允许其预热。

在干涉
仪上方安装一个平面镜，使其与光路垂直。

在一个面镜上加工并安装一小凸起，以克服两
个平面镜之间的光程差，此时可见到干涉条纹的双色光。

调整像差调节仪，直到两个色环
的中心叠合，使干涉图像稳定，之后观察干涉条纹。

在干涉图像上形成一系列等光条纹。

实验结果与分析：
在实验过程中发现，当双棱镜的底面离开支架时，由于光程差不够，将无法看到条纹，而当光程差完全符合干涉条件时，观察到明显的条纹。

调整像差调节仪，直到两个色环中
心重合，保证干涉条纹清晰、稳定。

随着棱镜的旋转，相邻的亮条纹和暗条纹在平移，干
涉条纹的间距、亮度位置始终保持一致。

在观察到的详细干涉条纹中，向中心方向的距离
越近，颜色就越浅。

双棱镜干涉实验目的(1) 观察双棱镜干涉现象,测量钠光的波长。

(2) 学习和巩固光路的同轴调整。

实验方法原理双棱镜干涉实验与双缝实验、双面镜实验等一样，都为光的波动学说的建立起过决定性作用，同时也是测量光波 波长的一种简单的实验方法。

双棱镜干涉是光的分波阵面干涉现象，由 S 发出的单色光经双棱镜折射后分成两列，相当 于从两个虚光源 S 1和 S 2射出的两束相干光。

这两束光在重叠区域内产生干涉，在该区域内放置的测微目镜中可以观察 到干涉条纹。

根据光的干涉理论能够得出相邻两明（暗）条纹间的距离为 ∆x = d Dλ ，即可有λ =d ∆x 其中 d 为两 D个虚光源的距离，用共轭法来测，即 d = ；离距的镜目微实验步骤(1) 仪器调节 ① 粗调d 1d 2；D 为虚光源到接收屏之间的距离，在该实验中我们测的是狭缝到测 。

量测镜目微∆测 x 由，小很将缝的位置放好，调至坚直，根据缝的位置来调节其他元件的左右和高低位置，使各元件中心大致等高。

② 细调根据透镜成像规律用共轭法进行调节。

使得狭缝到测微目镜的距离大于透镜的四倍焦距，这样通过移动透镜能够在 测微目镜处找到两次成像。

首先将双棱镜拿掉，此时狭缝为物，将放大像缩小像中心调至等高，然后使测微目镜能够接收到两次成像，最后放入双棱镜，调双棱镜的左右位置，使得两虚光源成像亮度相同，则细调完成。

各元件中心基本达到同轴。

(2) 观察调节干涉条纹调出清晰的干涉条纹。

视场不可太亮，缝不可太宽，同时双棱镜棱脊与狭缝应严格平行。

取下透镜，为方便调节可先将测微目镜移至近处，待调出清晰的干涉条纹后再将测微目镜移到满足大于透镜四倍焦距的位置。

(3) 随着 D 的增加观察干涉条纹的变化规律。

(4) 测量① 测量条纹间距 ∆x② 用共轭法测量两虚光源 S 1和 S 2的距离 d③测量狭缝到测微目镜叉丝的距离 D 数据处理测∆x数据记录条纹位置次数起始位置 a 终了位置a′被测条纹数mm|a-a′|∆x1 2 3 4 5 6 8.0953.5548.0303.5508.1843.5933.5758.0353.5738.1003.6808.0801010101010104.5204.4814.4574.5504.5044.4870.45200.44810.44570.45500.45040.4487x= 0.44998mm测 d 数据记录mm次数放大像间距 d1a1a1′缩小像间距d2|a1-a1′|a2a2′|a2-a2′|1 2 3 4 5 6 7.5605.7717.5385.7557.5205.7355.7747.5615.7667.5495.7537.5151.7861.7901.7721.7941.7671.7807.3576.9337.3816.9107.3556.9516.9657.3606.9687.3306.9407.3600.4100.4280.4130.4200.4150.409d1= 1.7915mm；d2= 0.4158mm测 D 数据记录mm狭缝位置 b1(1) ∆x的不确定度测微目镜差丝位置b′660∆D=|b-b′|659u A( ) = 0.001329mm；( ) 2 2 u B( ) = 仪3 = 0.005770mm；u u A( x) + u x0.005921mm。

物理实验研究性实验报告双棱镜干涉
实验目的：
通过双棱镜干涉实验研究光的干涉现象，探究光的波动性和光的特性。

实验仪器：
光源，双棱镜，平行板，望远镜，光路调节器。

实验原理：
光具有波粒二象性，当光通过不同光程的介质时，会出现干涉现象。

双棱镜干涉实验是一种典型的光的干涉实验，它利用双棱镜将一束光线分成两束光线，再让这两束光线在一定条件下发生干涉现象。

当两束光线相遇时，光程差为整数个波长时，光强加强，光程差为半波长时，光强减弱，光程差为奇数个波长时，光强为零。

这种现象称为干涉现象。

实验步骤：
1. 用光路调节器将光线垂直射入双棱镜，在双棱镜上放置平行板，调整平行板的位置，使得光经过平行板后光程差为一定的值。

3. 观察望远镜中的干涉条纹，并记录下来。

5. 根据干涉条纹的变化，计算出平行板移动的距离和光波长。

实验结果：
我们在实验中观察到了明暗相间的干涉条纹。

当平行板的位置改变时，干涉条纹的位置也会发生变化。

通过测量平行板移动的距离和干涉条纹的变化，我们可以计算出光的波长。

通过双棱镜干涉实验，我们进一步探究了光的波动性和光的特性。

干涉现象可以帮助我们了解光的传播规律，进而应用于光学技术、光学设计等领域。

实验六用双棱镜测定光波长光的干涉是普遍的光学现象之一，是光的波动性的重要实验依据．两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的光在空间相交区域光强将会发生相互加强或减弱现象，即光的干涉现象．光的波长虽然很短(4×10-7～8×10-7m之间)，但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得．根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式，可以推出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等，因此干涉现象在测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究和照相技术等领域有着广泛地应用．·实验目的1.掌握利用双棱镜获得双束光干涉的方法，观察干涉图样的特点，加深对干涉的理解；2.学习用双棱镜测定钠光的波长；3.进一步熟悉测微目镜的使用与测量方法；4.熟悉干涉装置的光路调节技术，深刻理解多元件等高共轴调节的重要性，掌握有关调节方法．·实验仪器双棱镜、可调狭缝、辅助（凸）透镜、测微目镜、光具座、白屏、钠光灯等．双棱镜是一个分割波前的分束器，形状如图6-1示，其端面与棱脊垂直，楔角很小（一般为37'或40'），从外表看，就像一块平行的玻璃板．折射面折射棱角图6-1 双棱镜示意图·实验原理狭缝光源S发射的光束，经双棱镜折射后变为两束相干光，在它们的重叠区内，将产生干涉，形成明暗相间的干涉条纹，这两束相干光可认为是由实际光源S的两个虚像S1、S2发出的，称S1、S2为虚光源．如图6-2所示．S S1 S2O Ex2a图6-2 双棱镜产生的相干光束示意图干涉条纹以O点为对称点上下展开．用不同的单色光源作实验时，各亮条纹的距离也不同，波长越短的单色光，条纹越密；波长越长的单色光，条纹越疏．如果用白色光作实验，则只有中央亮条纹是白色的，其余条纹在中央白条纹两边，形成由紫到红的彩色条纹．利用干涉条纹可测出单色光的波长．单色光的波长λ由下式决定：xDd∆=λ（6-1）式中d为两虚光源S1、S2间的距离、x∆为干涉条纹间距、D为虚光源到观察屏的距离．由（6-1）式可知，测得相邻条纹间距x∆、狭缝（光源）到测微目镜分化板的距离D及两虚光源之间的距离d，便可求出入射光的波长λ．·实验内容与步骤一、调整光路按图6-3布置光路，由光源发出的光通过狭缝变为缝光源，再经双棱镜折射，就可获得两个相干光源，因而能在测微目镜里看到干涉条纹．图6-3 双棱镜干涉装置图1．光学元件同轴等高的调节点亮光源，先将狭缝稍放大点，光具座上只放光源、狭缝、透镜，观察屏放在测微目镜位置．调狭缝中心与透镜的主光轴共轴，并使主光轴平行于导轨（共轴等高调节方法见薄透镜焦距的测定）．再放入双棱镜，并调节左右高低，使屏上出现两个强度相同、等高并列的虚光源的像．最后用测微目镜代替观察屏，调节测微目镜，使两个虚光源的像位于测微目镜中心．2．调节狭缝与双棱镜的棱脊平行调节狭缝架上的方向旋钮，观察者在双棱镜的另一侧，逆着光路透过双棱镜观察，直到同时看到两个虚光源为止． 二、调出清晰的干涉条纹取下透镜，缩小狭缝，并用目镜观察是否有干涉条纹出现．若没有，调节狭缝架上的方向旋钮，使能清楚地看出干涉条纹为止，再适当调节缝宽，使干涉条纹较清晰．三、测干涉条纹宽度∆x调节狭缝、双棱镜及测微目镜的相对位置，使目镜视野中至少能够看清15条以上的干涉条纹（条纹宽度不能过窄）．将双棱镜和测微目镜锁紧，（在后期的整个测量过程中，都不能移动双棱镜的位置）将目镜叉丝对准所选定的某条暗纹的一侧，从镜里的标尺及旋钮上记下读数x 1，再转动旋钮，使叉丝经10条暗纹的同侧，记下读数x 2，由（6-2）式即可求得x ∆，如图6-4．测3-5组，取平均．10||21x x x -=∆ （6-2）x∆图6-4 干涉条纹的宽度四、测虚光源到观察屏的距离D双棱镜的楔角小于1°，可近似认为虚光源与狭缝在同一平面，测量过程中，我们是用测微目镜进行观察的，因此D 实际上应该为狭缝到测微目镜分划板的距离．由于狭缝所在平面与光具座滑座的中心不重合，并且测微目镜分划板平面也不与光具座滑座的中心重合，因此必须进行修正．如图6-5所示,e s Y Y D s e ∆+∆+-= （6-3）式中s Y 为狭缝滑座中心的位置；e Y 为测微目镜滑座中心的位置；s ∆为狭缝到滑座中心的距离，00.42≈∆s mm ；e ∆为测微目镜分划板到滑座中心的距离，15.37≈∆e mm ．图6-5 狭缝到观察屏的修正距离五、测两虚光源之间的距离d将测微目镜取下，插入光屏，移动光屏使狭缝到光屏的距离大于辅助透镜焦距的4倍，固定光屏．将凸透镜置于双棱镜与光屏之间，移动透镜，在光屏上可有两次呈像，此时可利用二次呈像法测虚光源的距离．测量之前要利用小像追大像法再次调共轴（调节过程见薄透镜焦距测定）．而若光具座较短或透镜焦距过小，此时虚光源经透镜只能呈一次像，此时只能用物距像距法测虚两光源的距离（两虚光源的像，应为两条亮度相同的平行线）．YeYs Ye-YsΔS ΔeD1．二次呈像法两虚光源之间的距离d 需借助透镜将两条虚光源成像在测微目镜叉丝板上进行测量．当虚光源平面与测微目镜的叉丝板相距大于4倍透镜焦距值时，透镜在物、像平面之间有两个共轭成像点，透镜在这两点分别将虚光源放大或缩小成像在测微目镜的叉丝板上，用测微目镜分别测量在这两次成像时像面上的两条亮线的距离（两虚光源像的距离），两虚光源之间的距离为：21d d d =（6-4）式中为1d 为虚光源两放大像之间的距离；2d 为虚光源两缩小像之间的距离．放大像与缩小像各测5组，求其平均值．2．物距像距法在双棱镜与目镜间加上凸透镜，调节透镜高度，并前后移动透镜，在目镜中看到二虚光源S 1、S 2的像S 1'、S 2'．将目镜叉丝先后对准S 1'和S 2'，测出其间之距离为d '（如图6-6所示）．然后根据透镜成像公式（5），即可求得二虚光源的距离d ．'d B A d =（6-5）2a S 1S 22a'S 1'S 2'AB图6-6 测虚光源成像光路图式中A 为物距（狭缝到透镜距离），B 为像距（透镜到测微目镜分划板距离）．A 和B 可从光具座上测出，注意修正狭缝和测微目镜的附加距离．·实验数据测量1.干涉条纹间距测量数据记录表 单组测量条纹间距数n =条纹序号 1 2 3 4 5 条纹位置X i (mm )条纹序号1+n2+n3+n4+n5+nd d '条纹位置X i +n (mm )X i +n - X i (mm ) 条纹间距Δx i (mm )2.狭缝平面与测微目镜叉丝面之间的距离D 测量数据表狭缝座位置 Y s (mm) 目镜座位置 Y e (mm) 狭缝面相对座中心 偏移Δs (mm) 叉丝面相对座中心 偏移Δe (mm) D =|Y e -Y s |+Δs +Δe (mm)3.两次成像法测两虚光源的间距d 数据记录表测量对象 放大像间距d 1测量 缩小像间距d 2测量 第i 次 1 2341234左像位置x li (mm)右像位置x ri (mm)d 1i / d 2i (mm)=1d mm =2d mm==21d d d mm·实验注意事项1.严格进行共轴调节，该实验对共轴性要求非常严格，调节时可用白屏在外观察双缝所产生之光束是否亮波均匀，狭缝宽度必须适当；2.测微目镜读数时，读数鼓轮必须顺一个方向旋转，动作要平稳、缓慢，以免产生回程误差；3.测虚光源到测微目镜之距离时要注意修正；4.注意直接测量量与间接测量量单位的统一．·历史渊源与应用前景自1801年起，托马斯·杨在英国皇家学会连续宣读了数篇基于光的波动说分析干涉现象的论文，他所进行的著名的分波前双孔（缝）干涉实验以后被称为杨氏实验．杨氏实验在物理学史上有着重要的地位，将波动的空间周期性转化成干涉条纹的间距，通过对干涉条纹特性的分析得出了许多具有重要理论及实际意义的结论，从而大大丰富和深化了人们对干涉原理及光场相干性的认识．托马斯·杨让一束狭窄的日光通过不透明屏上的两个靠得很近的小缝后，再投到另一个屏上，此时屏上会出现彩色干涉条纹．历史上第一次用该方法获得了彩色干涉图样．菲涅尔双棱镜干涉实验就是在杨氏实验的基础上改进而来的，增加了相干波面的有效照明面积，从而增强了入射光强，使干涉现象明显，易于测量．该实验曾在历史上为确立光的波动学说起到了重要作用，它提供了一种直观、简捷、准确的测量光波长的方法．·与中学物理的衔接中学物理课标对双缝干涉及相关内容的要求是：1.通过实验认识光的干涉现象以及在生活、生产中的应用；2.用激光笔进行光的干涉实验；3.此实验是高考选考实验之一．·自主学习本实验的构思亮点：菲涅尔双棱镜干涉实验是分波面干涉实验的基本原型，非常巧妙地利用了光的空间相干性从自然光中获得了相干光源，不足之处是两束相干光路基本不能分开，难以实现广泛意义上的光学测量。

实验六双棱镜干涉测波长
实验目的：通过双棱镜的干涉现象测量光的波长。

实验器材：双棱镜、光源、望远镜、刻度尺。

实验原理：双棱镜的干涉现象是由于两个平行的表面分別作为反射和折射面。

当平行入射的平面波通过双棱镜时，会同时产生反射光和折射光。

这两束光经过不同路径的干涉形成干涉条纹。

通过测量干涉条纹的间距可以计算出光的波长。

实验步骤：
1. 将双棱镜放置在光源的前方，调整其角度使得反射光和折射光平行。

可通过调整光源角度和双棱镜与光源的距离来实现。

2. 将望远镜放置在双棱镜的后方，调整其位置使得通过望远镜可以清楚地看到干涉条纹。

3. 用刻度尺测量相邻两条干涉条纹之间的距离，记为d。

4. 根据双棱镜的参数（如入射角度、折射率等），以及干涉条纹的位置关系，使用干涉条纹的间距公式计算波长。

实验注意事项：
1. 在进行实验时，要保证光源的稳定性，避免干涉条纹受到外界干扰。

2. 看干涉条纹时，要调整仪器和眼睛的位置，使干涉条纹清晰可见。

3. 测量干涉条纹的间距时，要保证测量的准确性，可以多次测量取平均值。

4. 在进行计算时，要准确使用双棱镜的参数数据，避免计算误
差。

实验可能的误差来源：
1. 光源的稳定性不好，会导致干涉条纹的清晰度下降。

2. 实验环境的振动或温度变化，会对干涉条纹的位置产生影响。

3. 实验人员的操作误差，如调整双棱镜的角度、测量干涉条纹间距的准确性等。

大学物理实验研究性报告菲涅尔双棱镜干涉实验的改进及误差分析作者：12071112***北京航空航天大学2013.12.12摘要本文通过对菲涅尔双棱镜干涉测波长实验的改进，进行误差分析及讨论，运用数学工具对观测数据做出科学的分析处理，获得正确的结论，提高了实验能力和运用误差理论来处理实验数据的能力。

关键字：菲涅尔双棱镜焦距成像改进AbstractI ’ll focus on error analyses and further discussion in this essay through my improvements for Fresnel biprism interference experiment. As a consequence we acquired more accurate conclusions and advance our experimental skill in error analyses, in the assist of error theory and other mathematical methods.Key words: Fresnel biprism ，focal length ，formation of image，improvement目录一、实验原理 (3)二、实验仪器 (5)三、实验步骤 (5)（1）各光学元件的共轴调节 (5)（2）波长的测量 (5)四、主要数据结果记录及分析 (5)1、原始数据 (5)2、数据处理 (6)1）用一元二次线性回归方程计算∆x (6)2）计算波长 (6)3）不确定度的计算 (6)五、实验误差分析及改进 (7)1、扩束镜对虚光源s1，s2位置变化影响 (7)2、探究测微目镜位置选择对实验误差的影响 (8)六、实验误差分析及改进的意义 (9)附录 (10)参考文献 (10)原始数据照片 (11)一、实验原理两束光波产生干涉的必要条件是：1、频率相同；2、振动方向相同；3、位相差恒定。