经典实验讲义-菲涅尔双面反射镜干涉 (测量实验)
精选折射和反射定律菲涅耳公式讲义(ppt)
(13)
2、公式的另外两种形式
rsE Eri0 0ss n n1 1c co oiiss n n2 2c co ottss
(8)
ts
Er0s Ei0s
n1c2 on1 iscno2 cisots
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Hrp
1
O
2
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n
H tp
图2
在界面上电场切向分 量连续：
n(E 2E 1)0
Ei0sEr0sEt0s (5)
在界面上磁场的切向分
量连续： n(H 2H 1)0
规定：电场和磁场
的s分量垂直于纸面，
向外为正，向内为负。 H i0 p co i H s r0 p co r s H t0 p co t (s 6)
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双面镜双棱镜劳埃德镜实验PPT学习教案
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二、劳埃德（洛埃）镜实验
1834年，H. Lloyd
干涉区
x
A
S
a
B
d
0
S
L
条纹间距为 x L
2a
物理科学与信息工程学院
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7
劳埃德镜实验有一个
x
特点，当观察屏与平不
A
反射玻璃的一端接触时， 接触点处是一个暗条纹。 但是，对点S和S到O的距
S
a d
S
B 0
离相等。
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8
因此光波的振动必然在这里突然改变了相位，
这可以认为是反射光的光程在介质表面反射时损 失了半个波长。这种现象称为半波损失。
即光在介质表面上反射时，入射角接近900（大角 掠射）将产生半波损失。
则P点的光程差为 SP SP d y 也可用
2 r0 2
2
杨氏干涉条纹是对称的分布在的上面一侧出现。
交叠区就是干涉区。
设从Ｓ发出的光，经双棱镜的上(或下)半部分折射后 光线的偏向角为δ,当顶角很小时,可以证明偏向角δ＝ (n－1) ,则S1-S2相对于双棱镜交棱的夹角为θ＝2， 则S1与S2之间距为：
d L1 2L1(n 1)
屏幕上条纹间距为
x (L1 L2 ) .
2L1 (n 1)
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y 2sin
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3
若用两相干光束间的夹角＝表示，上式可写成：
y 2sin / 2
对于He-Ne激光，当时 y 4.94m
即每毫米内有210条亮纹或暗纹。
利用这种装置可制备全息光栅。改变两平面镜的 交角，即改变两平行光束间的夹角,则可拍摄每毫米 内条纹束不同的全息光栅。拍摄时将超微粒感光板 至于干涉条纹的屏幕处时感光板感光，经显影和定 影后，底板就可作为光栅。（正弦光栅）
菲涅尔双面镜干涉法
全息光栅制作方法的设计和研究全息光学元件（HOE）是指采用全息方法（包括计算全息方法）制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转光束扫描等功能的元件。
在完成上述功能时，它不是基于光的反射和规律折射，而是基于光的衍射和干涉原理。
所以全息光学元件又称为衍射元件。
常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等。
全息光栅是一种重要的分光元件。
作为光谱分光元件，与传统的刻划光栅相比，具有以下优点：光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等，已广泛应用于各种光栅光谱仪中，供科研、教学、产品开发之用。
作为光束分束器件，在集成光学和光通信中用作光束分束器、光互连器、耦合器和偏转器等。
在光信息处理中，可作为滤波器用于图像相减、边沿增强等。
本实验主要进行平面全息光栅的设计和制作实验。
一. 实验目的1.学习掌握制作全息光栅的原理和方法。
2.学习掌握制作全息复合光栅的原理和方法，观察其莫尔条纹。
3.设计制作全息光栅并测出其光栅常数（要求所制作的光栅不少于100条/毫米）二、实验原理1．全息光栅全息光学元件是指基于光的衍射和干涉原理，采用全息方法制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转、光束扫描等功能的元件。
光全息技术主要利用光相干迭加原理，简单讲就是通过对复数项（时间项）的调整，使两束光波列的峰值迭加，峰谷迭加，达到相干场具有较高的对比度的技术。
常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等。
其中全息光栅就是利用全息照相技术制作的光栅，在科研、教学以及产品开发等领域有着十分广泛用途。
一般在光学稳定的平玻璃坯件上涂上一层给定型厚度的光致抗蚀剂或其他光敏材料的涂层，由激光器发生两束相干光束，使其在涂层上产生一系列均匀的干涉条纹，光敏物质被感光，然后用特种溶剂溶蚀掉被感光部分，即在蚀层上获得干涉条纹的全息像，所制得为透射式衍射光栅。
如在玻璃坯背面镀一层铝反射膜，可制成反射式衍射光栅。
第十周 菲涅耳双棱镜
菲涅耳双棱镜一、引言关于光究竟是波还是粒子曾经在历史上引起了很长时间的争论，虽然1801年英国科学家T.Young用双缝做了光的干涉的实验后, 光的波动学说开始为多数学者所接受, 但仍有不少反对意见。
有人认为杨氏条纹不是干涉所致, 而是双缝的边缘效应。
之后法国科学家Augustin J.Fresnel做了几个新实验, 令人信服的证明了光的干涉现象的存在, 这些实验之一就是他在1826年进行的双棱镜实验. 实验不借助光的衍射而形成波面干涉,验证了光的波动性。
本实验通过菲涅耳双棱镜观察各种实验因素改变时对干涉条纹的影响, 测量钠黄光的波长。
二、实验原理（1）菲涅尔双棱镜菲涅耳双棱镜简称双棱镜，是一个顶角A极大的等腰三角形ABC，它可以看成是由两个楔角很小的直角三棱镜ABD和ACD所组成。
当一个点光源S（实验中用线光源也可以，但是要与棱边平行），通过上半个棱镜ABD的光束向下偏折，通过下半个棱镜ACD的光束向上偏折，相当于形成S1’和S2’两个个虚光源。
把观察屏放在两光束的交叠区，可以看到干涉条纹，条纹间距为：D xd λ=其中的d为虚光源S1’和S2’的间距，D是光源到观察屏之间的距离，λ是光的波长。
1、点光源通过双棱镜的折射（2）d的测量——二次成像法在双棱镜和测微目镜之间加入一个焦距为f的凸透镜L，当D>4f时，可以移动L而在测微目镜中看到两个虚光源的缩小像或放大像。
分别读出两个虚光源之间的距离d1和d2，则d二次成像光路三、实验器材与实验步骤实验仪器：光具座（干涉衍射实验装置 SGW—1A型）钠灯钠灯电源（GB—20W）狭缝双棱镜凸透镜测微目镜CW—1实验步骤:1、1、打开钠灯，预热十分钟，在光具座上依次安放光缝、双棱镜、测微目镜，使得两束光的光斑交叠区进入目镜中心。
2、2、减小狭缝的宽度直至从测微目镜中恰好能看到交叠区的亮光。
3、缓慢调节狭缝的方向直至与双棱镜的棱边平行，使在测微目镜中看到干涉条纹。
双棱镜干涉
的光，它相当于光源 S 的两个虚像 S1、S2 射出的光（相干光），在两束光
相重叠的区域产生明暗相间的干涉条纹。
光
屏
S1 dS
S2
干涉区
D
λ --- 钠光波长 D --- 虚光源到观测屏间的距离
x D
d --- 两虚光源的距离
d
△x --- 相邻明（或暗）条纹间的距离
【实验仪器】
CXJ-1型光具座、钠光灯、可调狭缝、双棱镜、凸透镜、测微目镜、像屏
x d1 | d11 d12 | d2 | d21 d22 |
d d1 d2
D A d1 d2 d1 d2
d x
D
Er
0 0
100 %
代数过程
【注意事项】
1. 不要反复开启钠光灯，影响钠光灯的寿命。 2. 不要用手触摸光学元件表面，以防污染，只能用镜头纸擦试光学
【实验内容】
（2）调节双棱镜 在狭缝与透镜之间放入双棱镜。这时屏上出现两条平行亮线（狭缝像），如两
亮线一高一低，表示双棱镜棱脊与狭缝不平行，则要旋转双棱镜使两亮线等高；如 两亮线一粗亮，一细暗，表示棱镜的棱脊未通过透镜光轴，则应平移双棱镜，使两 亮等宽等亮。 （3）调节测微目镜
用测微目镜代替观察屏，调测微目镜高低左右，使之与透镜等高共轴，让狭缝 像位于视场中央，在视场中央找到等高、平行、等亮度的狭缝像。
【实验内容】
3. 测量光波波长
（1）测量干涉条纹的间距 x 用测微目镜测量干涉条纹（暗条纹）所在位置对应的读数，用逐差法计算 x，
读数过程中测微器鼓轮不允许倒转，以免产生回程误差。
（2）用共轭法测量D和d 保证狭缝、双棱镜和测微目镜位置不变，在双棱镜与测微目镜间放入凸透镜，
7菲涅耳双棱镜干涉实验
菲涅耳双棱镜干涉实验一、实验目的了解菲涅耳双棱镜干涉的原理，掌握用这种棱镜来测量波长的方法 二、实验仪器菲涅耳双棱镜 读数显微镜 会聚透镜 狭缝屏 光具座 氦氖激光器 三、实验原理菲涅耳双棱镜是利用分波前的方法实现干涉的常用器件。
它是由玻璃制成的等腰三角棱镜，有两个小的约为1℃锐角和一个大的钝角。
从狭缝S 出射光束经过双棱镜的折射产生狭缝的两个虚光源1S 和2S ，它们是相干光源。
经过双棱镜的两束折射光在重合区域将发生干涉，结果在屏上形成明暗相间的直线形的干涉条纹。
任意相邻的两亮纹或者暗纹之间的间隔δ是：λδdD =上式中D 为虚光源到屏之间的距离，d 为两虚光源的间距，λ是光源的波长。
由此可知，我们只要测定D d δ就可测出光源的波长。
四、实验步骤1. 先将激光束调节到与导轨的棱脊相平行：移动观察屏调节激光束的俯仰角度使得在观察屏的光斑位置不发生变化。
2. 然后将读数显微镜安装到导轨上使得激光光斑落在物镜的中央位置。
3. 接着将透镜安装到导轨上使激光光斑落在物镜的位置不变就说明它们共轴。
4. 再将狭缝添置到导轨上，最后把双棱镜安装到导轨上，让双棱镜的平面正对激光束，倘若反射的光斑从原路返回，则说明光束是垂直入射的，水平调节支架的底座使得双棱镜平分激光束。
5. 现在要做的工作就是将激光器换成钠光灯，再做微调就可以精确对准了。
—6. 将狭缝调小些，调节三棱镜的棱边与狭缝严格平行，此时可从读数显微镜里头看到直线状明暗相间的干涉条纹。
7. 移动透镜让狭缝的虚像经透镜成两次像，测出两次所称像的间隔分别为l 和'l ，则虚光源的间隔'll d =。
8. 测好虚光源的间隔数据后，将会聚透镜放置在狭缝的前面可使得光线更为集中入射到狭缝，并将读数显微镜的叉丝其中一条旋转到与干涉条纹相平行，记下读数显微镜的位置。
9. 进行测量，每隔5条暗条纹测一次，并记下相应的读数，多读几个数据。
10. 挪去双棱镜，移动读数显微镜靠近狭缝知道看清狭缝的边缘，记下此时的读数显微镜的位置，那么狭缝离干涉条纹形成位置的距离就等于这两次读数显微镜位置的差值的绝对值。
实验17菲涅耳双棱镜干涉测波长
实验17 菲涅耳双棱镜干涉测波长利用菲涅耳双棱镜可以获得两束相干光以实现光的干涉。
双棱镜实验和双平面反射镜实验及洛埃镜实验一起，在确立光的波动学说的历史过程中起了重要作用。
同时它也是一种用简单仪器测量光波波长的主要元件。
双棱镜是利用分波阵面法获得相干光的光学元件，本实验用双棱镜实验装置测单色光的波长。
实验目的和学习要求1. 学习用双棱镜干涉测量单色光波长的原理和方法；2. 进一步掌握光学系统的共轴调整；3. 学会测微目镜的使用；4. 练习逐差法处理数据和计算不确定度。
实验原理如果两列光波其频率相同，振动方向相同，相位相同或位相差恒定，且振幅差别不太悬殊的情况下，它们在空间相遇时叠加的结果，将使空间各点的光振幅有大有小，随地而异，形成光的能量在空间的重新分布。
这种在空间一定处光强度的稳定加强或减弱的现象称为光的干涉。
获得相干光源，依其原理不同可分为分振幅法和分波阵面法，牛顿环和劈尖干涉是分振幅的干涉，双棱镜是利用分波阵面法而获得相干光源的。
菲涅耳双棱镜可以看作是由两块底面相接、棱角很小（约为1°）的直角棱镜合成的。
若置波长为λ的单色狭条光源S0于双棱镜的正前方，则从S0射来的光束通过双棱镜的折射后，变为两束相重叠的光，这两束光仿佛是从光源S0的两个虚像S1和S2射出的一样。
由于S1和S2是两个相干光源，所以若在两束光相重叠的区域内再放一屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。
（如图17-1）因为干涉场范围比较窄，干涉条纹的间距也很小，所以一般要用测量显微镜或测微目镜来观察。
图17-1 双棱镜干涉光路现在讨论屏上干涉条纹的分布情况，分别从相干光源S1和S2发出来的光相遇时，若它们之间的光程差δ恰等于半波长（λ/2）的奇数倍，则两光波叠加后为光强极小值；若δ恰等于波长λ的整数倍，两光波叠加后得光强极大值。
即暗纹条件δ = （2－1）λ / 2 = ± 1, ±2 ,……（17-1）明纹条件δ = λ= 0 , ± 1, ±2 , ……（17-2）如图（17-2）所示，设S1和S2是双棱镜所产生的两相干虚光源，其间距为，屏幕到S1S2平面的距离为D，若屏上的P0点到S1和S2的距离相等，则S1和S2发出的光波到P0的光程也相等，因而在P0点相互加强而形成中央明条纹。
经典实验讲义-菲涅尔单缝衍射 (演示实验)
菲涅尔单缝衍射（演示实验）一、实验目的观察菲涅尔单缝衍射现象二、实验原理菲涅尔衍射和夫郎和费衍射是研究衍射现象的两种方法，前者是不需要用任何仪器就可以直接观察到衍射现象，在这种情况下，观察点和光源（或其中之一）与障碍物（或孔）间的距离有限，在计算光程和叠加后的光强等问题时，都难免遇到繁琐的数学运算。
而后者研究的是观察点和光源距障碍物都是无限远（平行光束）时的衍射现象，在这种情况下计算衍射图样中的光强分布时，数学运算就比较简单。
所谓光源无限远，实际上就是把光源置于第一个透镜的焦平面上，得到平行光束；所谓观察点无限远，实际上就是在第二个透镜的焦平面上观察衍射图样。
请读者在以下的三个实验中注意观察。
三、实验仪器1、He—Ne激光器（632.8nm）2、小孔径扩束镜L： f=6.2mm3、二维调整架： SZ-074、单面可调狭缝: SZ-225、白屏H： SZ-136、公用底座： SZ-047、一维底座： SZ-038、一维底座： SZ-039、公用底座： SZ-04四、仪器实物图及原理图图十六五、实验步骤把所有器件按图十六的顺序摆放在平台上，调至共轴。
激光器通过扩束镜（以不满足远场条件）投射到单缝上，如图十六所示，即可在屏幕上出现衍射条纹，缓慢地连续地将单缝由窄变宽，同时注意屏幕上的图样，即可观察到与理论分析结果一致的由夫郎和费单缝衍射图样过渡到菲涅尔单缝衍射图样。
也可不加扩束镜。
（图中数据均为参考数据）实验十七 菲涅尔圆孔衍射（演示实验）一、实验目的观察菲涅尔圆孔衍射现象二、实验原理附图13如附图13所示：S —单色光源P —光场中任一点S 与P 之间有一带圆孔的光屏M ，圆孔中心在SP 连线上。
这时S 对P 的作用就只是内露出的一部分波面∑上的那些次波源在P 点所产生的光振动的叠加。
按照波带法，分别以P 为中心，r+2/λ，r+λ…为半径将露出的波面分成若干个波带，各波带在P 点产生振动的振幅为： 122i j a a A =± 当圆孔露出奇数个波带时，P 点的光强度是约等于21a 亮点，而当圆孔露出偶数个波带时，P 点是光强度接近于零的暗点。
菲涅耳双棱镜干涉实验指导书
实验五 菲涅耳双棱镜干涉[实验目的]1． 观察和研究菲涅耳双棱镜产生的干涉现象； 2． 测量干涉滤光片的透射波长(λ0)。
[仪器和装置]白炽灯，干涉滤光片，可调狭缝，柱面镜，菲涅耳双棱镜，双胶合成像物镜，测微目镜。
[实验原理]如图1a 所示，菲涅耳双棱镜装置由两个相同的棱镜组成。
两个棱镜的折射角α很小，一般约为5 ~ 30'。
从点（或缝）光源S 发出的一束光，经双棱镜折射后分为两束。
从图中可以看出，这两折射光波如同从棱镜形成的两个虚像S 1和S 2发出的一样。
S 1和S 2构成两相干光源，在两光波的迭加区产生干涉。
a、从图1b 看出，若棱镜的折射率为n ，则两虚像S 1、S 2之间的距离a n l d )1(2-= （5-1）干涉条纹的间距λan l l l e )1(2'-+=（5-2）式中，λ为光波的波长。
对于玻璃材料的双棱镜有n =1.50，则λal l l e '+=（5-3） 可得到e l l la'+=λ （5-4） 在迭加区内放置观察屏E ，就可接收到平行于脊棱的等距直线条纹。
若用白光照明，可接收到彩色条纹。
对于扩展光源，由图2可导出干涉孔径角：''l l al +=β （5-5） 和光源临界宽度：⎪⎭⎫⎝⎛+=='1l l a b λβλ （5-6） 从式（5-5）和（5-6）看出，当l'=0时，β=0，则光源的临界宽度b 变为无穷大。
此时，干涉条纹定域在双棱镜的脊棱附近。
b 为有限值时，条纹定域在以下区域内:λαλ-≤b ll ' （5-7）a) 图 1 双棱镜干涉原理图[内容和步骤]1．调整光路，观察和研究双棱镜干涉现象(1) 按图3所示，将光学元件置于光学平台上。
调整光学元件，使其满足同轴等高的要求。
(2) 取l ≈200mm ，l '≈1200mm ，按λ=550nm ，α=30'，n =1.50计算出b 的数值。
基础物理实验菲涅尔双棱镜讲解
双棱镜干涉
斐涅耳双棱镜干涉测波长---实验内容
1．调节各元件等高共轴
B SK
L1
L2 P E
图4-77 双棱镜实验光路图 具体调节包括以下6步： （1）调节激光束平行于光具座（注意：此步是整个调节的基础，务必做细做好） 沿导轨移动白屏，观察屏上激光光点的位置是否改变，相应调节激光方向，直至在整根导轨上
（2）测量方法
条纹间距Dx可直接用测微目镜测出。虚光源间距a用二次成像法测得：当保持物、屏位
置不变且间距D大于4f时，移动透镜可在其间两个位置成清晰的实像，一个是放
大像，一个是缩小像，设b为虚光源缩小像间距，b’为放大像间距，则两虚光源
的实际距离为，其中b和b' 由测微目镜读出。同时根据两次成像的规律，若分别
② 用测微目镜读数时要消空程； （3）用上述同样方法测量虚光源放大像间距b' 及透镜物距S' 。
双棱镜干涉
斐涅耳双棱镜干涉测波长---实验内容
3．数据处理 （1）用一元线性回归法计算条纹间距Dx； （2）由公式计算激光波长l并与光源波长标称值对比求相对误差； （3）计算l的不确定度u(l)并给出最后结果表述。
测出成缩小像和放大像时的物距S、S'，则物到像屏之间距离（即虚光源到测微
目镜叉丝分划板之间距离）D=S＋S'。根据式（4-67），得波长与各测量值之间
关系为
x bb
（4-68）
（3）光路组成
S S
图4-77 双棱镜实验光路图本实验的具体光路布置如图4-77所示，S为半导体激光器，K 为扩束镜，B为双棱镜，P为偏振片，E为测微目镜。L是为测虚光源间距a所用 的凸透镜，透镜位于L1位置将使S1、S2在目镜处成放大像，透镜位于L2位置虚 光源在目镜处成缩小像。所有这些光学元件都放置在光具座上，光具座上附有 米尺刻度，可读出各元件的位置。
菲涅耳双棱镜干涉
实验七 菲涅耳双棱镜干涉一、实验目的1.掌握菲涅耳双棱镜获得双光束干涉的方法2.观察双棱镜产生的双光束干涉现象，进一步理解产生干涉的条件3.结合杨氏实验理解菲涅耳双棱镜实验的原理，弄清有关物理量之间的关系二、实验原理菲涅耳双棱镜实验是一种分波阵面的干涉实验，实验装置简单，但设计思想巧妙。
它通过测量毫米量级的长度，可以推算出小于微米量级的光波波长。
1881年菲涅耳用双棱镜实验和双面镜实验再次证明了光的波动性质，为波动光学奠定了坚实的基础。
如图7—1所示，将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形，两端与棱脊垂直，楔角较小（一般小于1度）。
当单色光源照射在双棱镜表面时，经其折射后形成两束好像由两个光源发出的光，即两列光波的频率相同，传播方向几乎相同，相位差不随时间变化，那么，在两列光波相交的区域内，光强的分布是不均匀的，满足光的相干条件，称这种棱镜为双棱镜。
菲涅儿利用图7—2所示的装置，获得了双光束的干涉现象。
图中双棱镜AB 是一个分割波前的分束器。
从单色光源M 发出的光波，经透镜L 会聚于狭缝S ，使S 成为具有较大亮度的线状光源。
当狭缝S 发出的光波投射到双棱镜AB 上时，经折射后，其波前便被分割成两部分，形成沿不同方向传播的两束相干柱波。
通过双棱镜观察这两束光，就好像它们是由1S 和2S 发出的一样，故在其相互交叠区域21P P 内产生干涉。
如果狭缝的宽度较小，双棱镜的棱脊与光源平行，就能在白屏P 上观察到平行与狭缝的等间距干涉条纹。
x 图7—2棱脊端面楔角图7—1设'd 代表两虚光源1S 和2S 间的距离，d 为虚光源所在的平面（近视地在光源狭缝S 的平面内）至观察屏的距离，且'd <<d ，干涉条纹宽度为x δ，则实验所用光波波长λ可由下式确定x d d δλ'= （7—1） （7—1）式表明，只要测出'd 、d 和x δ，便可计算出光波波长。
通过使用简单的米尺和测微目镜，进行毫米级的长度测量，推算出微米级的光波波长，所以，这是一种光波波长的绝对测量。
菲涅耳双棱镜干涉实验指导书
实验五 菲涅耳双棱镜干涉[实验目的]1． 观察和研究菲涅耳双棱镜产生的干涉现象； 2． 测量干涉滤光片的透射波长(λ0)。
[仪器和装置]白炽灯，干涉滤光片，可调狭缝，柱面镜，菲涅耳双棱镜，双胶合成像物镜，测微目镜。
[实验原理]如图1a 所示，菲涅耳双棱镜装置由两个相同的棱镜组成。
两个棱镜的折射角α很小，一般约为5 ~ 30'。
从点（或缝）光源S 发出的一束光，经双棱镜折射后分为两束。
从图中可以看出，这两折射光波如同从棱镜形成的两个虚像S 1和S 2发出的一样。
S 1和S 2构成两相干光源，在两光波的迭加区产生干涉。
a、从图1b 看出，若棱镜的折射率为n ，则两虚像S 1、S 2之间的距离a n l d )1(2-= （5-1）干涉条纹的间距λan l l l e )1(2'-+=（5-2）式中，λ为光波的波长。
对于玻璃材料的双棱镜有n =1.50，则λal l l e '+=（5-3） 可得到e l l la'+=λ （5-4） 在迭加区内放置观察屏E ，就可接收到平行于脊棱的等距直线条纹。
若用白光照明，可接收到彩色条纹。
对于扩展光源，由图2可导出干涉孔径角：''l l al +=β （5-5） 和光源临界宽度：⎪⎭⎫⎝⎛+=='1l l a b λβλ （5-6） 从式（5-5）和（5-6）看出，当l'=0时，β=0，则光源的临界宽度b 变为无穷大。
此时，干涉条纹定域在双棱镜的脊棱附近。
b 为有限值时，条纹定域在以下区域内:λαλ-≤b ll ' （5-7）a) 图 1 双棱镜干涉原理图[内容和步骤]1．调整光路，观察和研究双棱镜干涉现象(1) 按图3所示，将光学元件置于光学平台上。
调整光学元件，使其满足同轴等高的要求。
(2) 取l ≈200mm ，l '≈1200mm ，按λ=550nm ，α=30'，n =1.50计算出b 的数值。
5 双棱镜干涉测波长及楔角实验讲义
实验12 双棱镜干涉测激光波长实验目的1．理解菲涅尔双棱镜干涉原理。
2．掌握光学系统共轴等高调节方法。
3．通过双棱镜干涉法测量激光波长及双棱镜楔角。
预习要点1．理解菲涅尔双棱镜干涉原理，光学系统组成、理解双棱镜楔角测量原理、方法，了解所需测量的物理量。
2．掌握光学系统共轴等高调节方法和原则。
3．初步分析实验过程中影响实验结果的因素，实验注意事项。
实验原理（一）菲涅尔双棱镜的结构图12.1是菲涅尔双棱镜结构图。
其结构是将一块平板玻璃的上表面加工成两楔形，两端与棱脊垂直，楔角较小，一般小于1度。
当单色光照射棱镜表面时，经其折射后形成两束光波频率相同，相位差不随时间变化的光，那么在两列光波相交的区域内，形成明暗相间的干涉条纹。
图 12.1 菲涅尔双棱镜结构图（二）菲涅尔双棱镜干涉如图12.2所示，若置单色光源S 于双棱镜的正前方，则从S 射来的光束通过双棱镜的折射后，变为两束相重叠的光，这两束光仿佛是从光源S 的两个虚像S 1和S 2射出的一样。
由于S 1和S 2是两个相干光源，所以若在两束光相重叠的区域内放置一个屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。
图 12.2 双棱镜干涉原理棱脊端面楔角设虚光源S1和S2的距离是a ，l 是虚光源到屏的距离。
令P 为屏上任意一点，R1和R2分别为从S1和S2到P 点的距离，则从S1和S2发出的光线到达P 点得光程差是：△L= R 2- R 1 （12.1）令N 1和N 2分别为S 1和S 2在屏上的投影，O 为N 1N 2的中点，并设OP=x ，则从△S 1N 1P 及△S 2N 2P 得：2221()2aR l x =+- （12.2）2222()2aR l x =++ （12.3）两式相减得：22212R R ax -= 2121()()2R R R R ax -+= 即： 22L l ax ∆⨯=axL l∆=（12.4） 根据干涉条件：(0,1,2)21(0,1,2)2k k L k k λλ=±±⋅⋅⋅⎧⎪∆=⎨+=±±⋅⋅⋅⎪⎩明纹暗纹（12.5）由上式可知，两干涉条纹之间的距离是：l x a λ∆=ax lλ=∆ （12.6） 因此，只要测得干涉条纹的间距△x ，两虚光源间距a ，以及虚光源到观察屏的距离l ，就可以测得单色光的波长λ。
菲涅耳双棱镜干涉的原理和方法-光学论文-物理论文
菲涅耳双棱镜干涉的原理和方法-光学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：菲涅耳双棱镜干涉在相衬成像、全息显微术中的应用十分广泛。
为了进一步发挥菲涅耳双棱镜干涉效能,本文首先提出菲涅耳双棱镜干涉原理,探究菲涅耳双棱镜干涉的试验方法,最后阐述干涉实验注意事项。
关键词：菲涅耳双棱镜; 干涉研究; 信息光学;发过科学家菲涅尔自主发明了双棱镜光学干涉试验,可以测量光波波长。
菲涅耳双棱镜作为是一种平玻璃板上表面加工成两楔形面,两楔面角大致相等。
双棱镜一些参数,如折射率、楔角、双棱镜厚度对整个信息光学试验有着重要影响。
试验中对楔角、对折射率进行分光计、等厚干涉等测量,从而实现菲涅耳双棱镜干涉。
为了进一步强化菲涅耳双棱镜在全息显微相衬成像用中的应用以及掌握其物理机制。
本文重点从信息光学角度出发,探究菲涅耳双棱镜干涉方法。
一、实验原理菲涅耳双棱镜实验作为一种基于信息光学的干涉实验,实验装置较为简单,但原理十分的巧妙。
是通过测量毫米量级长度,得出小于微米量级的光束波长。
在19世纪80年代初期,菲涅尔通过双面镜、双棱镜试验验证了光波动性质,这也为推动波动光学发展奠定了基础。
其实验原理是:将玻璃板表面加工成对称楔形,两侧和棱脊垂直,通常楔角小于1。
在单色光源照在双棱镜表面上时,光束折射之后会形成两个光源发出的光,也就是双列光波频率相同,传播方式也基本相同,相位差不会随着时间变化而变化,所以在两列光波相交区域,此时光强分布不均匀,满足光的相干条件,这种棱镜就是菲涅耳双棱镜。
双棱镜作为一个分割波前的分束器。
单色光源发出光波在经过光波投射到双棱镜上时,会产生折射作用,将波前划分为两个部分,沿着不同方向传播两束相干柱波。
对这两束光观察,好像是由双棱镜发出的光,所以在相互交叠区域出现了干涉情况。
如果狭缝宽度不足,则双棱镜棱脊、光源平行,即可在白屏上观察狭缝、平行等间距干涉条纹。
二、实验方案(一)光源选择在确定了双棱镜、白屏位置时,此时干涉条纹间距与光源波长成正比。
菲涅尔双棱镜锐角的测量
劈尖条纹法
l条纹一 cos l条纹二
劈尖条纹法
叉丝成像法
叉丝成像法
菲涅尔双棱镜折射率测量
s1 B L S'2
s
d1 (d2)
Байду номын сангаас
s2 D
S'1
a i r δ
r
菲涅尔双棱镜折射率测量
由折射定律，n * sin（i） sin（r） sin（ i） 由几何关系i 所n * sin（） sin（ i） sin（）cos（） cos（）sin（）
菲涅尔双棱镜锐角的测量
菲涅尔双棱镜
菲涅尔双棱镜是由玻璃制成的等腰三角棱镜，它有两个小锐角 约等于α=0.95‘ 折射率约等于n=1.5-1.7
条纹法
2n
n=1 为空气折射率
条纹法
实验中很难调出条纹，调出条纹之后，条纹的清晰度非常 低而且非常密，无法清晰读出条纹间距
掠射法
掠射法
和都很小，由小角近似 sin（） ，cos（） 1得n * sin（） d 因sin（） tan（） 2 D1 d 于是n 1 ，D1为虚光源到菲涅尔棱镜 的距离 2 D1
菲涅尔双棱镜折射率测量
双棱镜干涉实验
实验38 光的干涉实验（三）——双棱镜干涉实验利用菲涅尔（A.J.Fresnel ）双棱镜可以实现光的干涉。
菲涅尔双棱镜干涉实验曾在历史上为确立光的波动学说起到过重要作用，它提供了一种用简单仪器测量光的波长的方法。
【重点、难点提示】光的波动性；双棱镜干涉现象；双棱镜干涉测波长；光路的调整【目的和要求】1．观察由双棱镜所产生的干涉现象，并测定单色光波长。
2．加深对光的波动性的了解，学习调节光路的一些基本知识和方法。
【实验仪器】1．光源；2．光具座；3．狭缝；4．双棱镜；5．凸透镜；6．测微目镜。
【实验原理】双棱镜形状如图6.38.1所示，其折射角很小，因而折射棱角接近180 。
今设有一平行于折射棱的缝光源S 产生的光束照射到双棱镜上，则光线经过双棱镜折射后，形成两束犹如从虚光源S 1和S 2发出的相干光束。
它们在空间 传播时有一部分重叠而发生干涉（画有双斜线的区域）， 图6.38.1 双棱镜示意图 结果在屏幕E 上显现干涉条纹，如图6.38.2所示。
SS 1S 2O E图6.38.2 双棱镜产生的相干光束示意图干涉条纹以O 点为对称点上下交错地配置。
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，条纹越稀。
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，形成由紫而红的彩色条纹。
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x Da ∆=2λ （6.38.1） 式中2a 为S 1S 2间的距离、D 为S 1S 2到E 幕的距离，∆x 为任意两条暗条纹之间距离。
【实验内容与步骤】一、调整光路 本实验的具体装置如图6.38.3所示，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。
测微目镜的构造和使用参见第三章§3.3.4“常用光学仪器”4。
图6.38.3 双棱镜干涉装置图1．开亮光源，先将狭缝稍放大点，观察光通过狭缝后是否照射到双棱镜的棱背和射入目镜，若不能，则须调整光源及目镜的位置以达到上述目的。
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菲涅尔双面反射镜干涉 (测量实验)
一、实验目的
观察双平面干涉现象及测量光波波长 二、实验原理
如附图7所示的是双面镜装置是由两块平面反射镜M 1和M 2组成，两者间夹一很小的
附图7 菲涅尔双面镜
角ϕ。
S 是与M 1和M 2的交线（图中以M 表示）平行的狭缝，用单色光照明后作为缝光源。
从同一光源S 发出的光一部在M 1上反射，另一部分在M 2上发射，所得到的两反射光 是从同一入射波前分出来的，所以是相干的，在它们的重叠区将产生干涉。
对于观察者来说，两束相干光似乎来自S 1和S 2，S 1和S 2是光源S 在两反射镜中的虚像，由简单的几何光学原理可证明，由S 光源发出的，后被两反射镜反射的两束相干光在屏幕上的光程差与将S 1、S 2视为两相干光源发出两列相干光波到达幕上的光程差相同。
与双棱镜实验相似，根据双棱镜的实验中推导出的公式/xd D λ=∆，亦可算出它的波长λ。
三、实验仪器
1、钠光灯（可加圆孔光栏）
2、凸透镜L ： f=50mm
3、二维调整架： SZ-07
4、单面可调狭缝： SZ-22
5、双面镜
6、测微目镜Le （去掉其物镜头的读数显微镜）
7、读数显微镜架 : SZ-38
8、三维底座： SZ-01
9、二维底座： SZ-02 10、一维底座： SZ-03 11、一维底座： SZ-03 12、凸透镜： f=150mm 13、He —Ne 激光器(632.8nm) 14、白屏H ： SZ-13 15、二维调整架： SZ-07 16、通用底座： SZ-01 17、通用底座： SZ-01
四、仪器实物图及原理图
图十一（1）
图十一（2）
五、实验步骤
1、把全部仪器按照图十一的顺序在平台上摆放好（图上数值均为参考数值），
靠拢后目测调至共轴。
而后放入双面镜。
2、调节双面镜的夹角，使其与入光的夹角大约为半度，如图十一（2）。
（亦
可用激光器替换钠灯，白屏H代替微测目镜，使细激光束同时打在棱边
尽量靠近的双面镜的两个反射镜上，在远离双面镜交棱的白屏上看到干
涉条纹。
）
3、然后如图放入测微目镜，找到被双面镜反射的光线。
调节单缝的宽度并
旋转单缝使它与双面镜的双棱平行，用测微目镜观察双平面反射镜干涉
图样是等间距的明暗相间的干涉条纹。
4、用微测目镜测出干涉条纹的间距∆x 和D ，D 为双面镜交棱到狭缝、到测
微目镜的距离之和，再用二次成像法测出两个虚光源的间距d 由∆x=x k+1-x k =
D
d
λ便可求出光波的波长λ，并与钠灯的波长实际值比较，分析误差原因。
六、数据处理
利用同双棱镜相同的二次成像法测出虚光源的实像间距d 1及d 2，算出d
值。
d =代入公式/xd D λ=∆即可求出波长λ。