实验十三双棱镜干涉

实验十三双棱镜干涉
一、实验目的
（一）观察双棱镜干涉现象；
（二）利用双棱镜干涉测定单色光的波长。

二、实验器材
氦氖激光器（1套）扩束透镜（f=5cm）（1个）双棱镜（1个）
读数显微镜（1台）透镜夹（3个）光具座（1付）
小灯（1个）太阳眼镜（1付）光屏（1个）
三、实验原理与仪器描述
观察光波干涉现象的方法很多，双棱镜干涉是其中之一。

双棱镜是一块表面光滑。

顶角接近于180°的玻璃棱镜，其顶端的直线称为双棱镜的脊，两侧的表面称为棱面，双棱镜干涉的实验装置如图13-1所示。

图13-1 双棱镜干涉光路图
从激光光管发出的单色光经扩束透镜扩束后入射在双棱镜的两个棱面上，经棱镜的折射后分成两束光A1A2和B1B2。

在A2B2之间的区域内，这两束光互相叠加而形成干涉。

由于激光束有很好的平行性，通过扩束透镜后的光必会聚于透镜的后焦点F上，因此，可以认为入射双棱镜的光束是从位于F的点光源S发射出来的。

将A1A2向后延长，其交点S1就是由双棱镜造成的S的虚
像点。

同样，B1B2向后延长的交点S2也是S的虚象点，由此可以看到，这里的双棱镜干涉相当于以S1和S2为双孔的杨氏干涉。

我们知道杨氏干涉在屏上形成明暗相间的条纹，相邻两亮条纹或相邻两暗条纹之间的距离为
(13-1)
式中d是两个虚光源（相当于杨氏干涉实验的两个小孔）S1和S2之间的距离，D是虚光源与光屏的距离，λ是光源的波长，由几何光学可推得以下结果：
D=L1+L2 (13-2)
d=L1 (13-3)
=（n-1）（π-） (13-4) 上式由双棱镜玻璃的折射率n和双棱镜顶角（以弧度为单位）所决定，可称为双棱镜常数。

假设我们测得第一条暗纹至第K+1条暗纹的距离是L K，则相邻两暗纹的距离为
(13-5)
将（13-2）、（13-3）、各式代入（13-1）式，得到
(13-6) 本实验通过测量干涉条纹的距离及各光学元件在光路中的位置，间接测出氦氖激光的波长。

四、实验方法与步骤
（1）按图13-1在光具座上顺次摆好各器件。

（2）调节各器件的位置，使激光束水平射出，与光具座导轨基本平行，通过扩束透镜的中心，入射在双棱镜的脊上。

此时应在光屏上看到明暗相间的干涉条纹。

实验表明，入射在双棱镜上的光斑大一点干涉条纹较好。

（3）将读数显微镜放置在光屏后面。

适当调节显微镜目镜的焦距使目镜的十字叉丝像清晰，然后调节显微镜物镜的焦距，使显微镜中看到的干涉条纹最清楚。

（4）从读数显微镜上任意选取某条干涉暗纹作为起始第1条暗纹，测出第1条暗纹和第K+1条暗纹的位置P1和P K+1，记入实验数据记录表中，重复三次。

K应尽可能大些，K取越大测量得出的条纹距离相对误差越小。

（5）在光具座导轨上读出扩束透镜至双棱镜的距离，减去5cm即得L1，记入表中，再量出双棱镜到光屏的距离L2，记入表中。

（6）在双棱镜上读取双棱镜常数。

五、注意事项
（1）激光器为贵重仪器，且有高压加在激光管的接头上，做实验过程中要特别小心，注意安全。

（2）测量干涉条纹时应戴上太阳眼镜，避免眼睛直接接受强光照射。

（3）计算时，注意单位要统一。

六、数据处理
由实验数据和关系式L K=|P K+1-P1|算出L K。

由式（13-5）计算出ΔL，再算出平均值，最后由
(13-7)
求得波长λ。

表13-1 实验数据记录表
(cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm)
测量值
标准值= 632.8m
七、思考题
1．双棱镜的干涉条纹是由怎样两束光产生的？这两束光为什么能满足相干条件？ 2．使用读数显微镜要注意哪些问题？
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