菲涅尔双棱镜干涉测波长

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用菲涅尔双棱镜测量光的波长

一、引言法国科学家菲涅尔用几个自己设计的新实验，在当时令人信服地证明了光的干涉现象的存在，这些实验之一就有他在1826年进行的双棱镜实验。

与杨氏双缝干涉借助衍射形成分波面干涉不同，它利用棱镜形成“双缝”，并用毫米级的精度测量出纳米级的精度，它的物理思想、实验方法和测量技巧至今仍值得我们学习，并且对于以后微观物理学方面的实验仍然具有巨大的作用。

在本实验中通过用菲涅尔双棱镜对纳光波长的测量，要求我们掌握光的干涉有关原理及光学测量的基本技巧，特别要学习在光学实验中计算测量结果不确定度的各种方法。

二、实验原理1)菲涅尔双棱镜实际上是一个顶角A极大的等腰三棱镜,如下图所示，当S点处的单色点光源从BC面入射时，通过ABD的光向下偏折，通过ACD的光向上偏折，形成如图所示的交叠区，并产生S1、S2两个虚的点光源，于是在交叠区两个虚光源发出的相干光发生干涉；干涉条纹间距为X=Dλ/d (1)；其中d是两个虚光源之间的间距；D是光源到观察屏的距离；λ是光的波长。

用测微目镜的分划板作为观察屏可直接读出条纹间距X的值，D可直接由导轨上的直尺读出。

观察屏 S点光源通过双棱镜的折射2)虚光源间距的测量：使用二次成像法，光路图如下图所示：在双棱镜与测微目镜之间加一个焦距为f的凸透镜L，当D>4f时，可以移动L在测微目镜中观察到两虚光源的放大像和缩小像，读出虚光源像的间距d1,d2；有几何光学可知：d=(d 1d 2) 1/2；带入即可求出虚光源间距d 的值。

（由于制图不太准，图上显示的两个焦距f 略有差异,实际是相同的）3) 实验时我们利用以上原理来对未知量条纹间距X ,及虚光源间距d ；并且将点光源换成线光源使衍射条纹由点变线，增强了条纹的亮度，方便读数测量。

三、实验装置及实验过程实验装置双棱镜、测微目镜、光具座、线光源和透镜；右图为测微目镜的结构图：使用时调节目镜与分划板之间的距离使之能清晰地看到分划板的准线及刻度线；而后调节测微目镜与待测实像的距离使像清晰无视差并且便于测量。

用双棱镜干涉测光波波长的实验报告

用双棱镜干涉测光波波长的实验报告【实验目的】1．掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解．2．学会用双棱镜测定钠光的波长．【实验仪器】光具座，单色光源(钠灯)，可调狭缝，双棱镜，辅助透镜(两片)，测微目镜，白屏．【实验原理】如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域，光强分布是不均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零)，这种现象称为光的干涉．菲涅耳利用图1所示的装置，获得了双光束的干涉现象．图中AB 是双棱镜，它的外形结构如图2所示，将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角A 较小(一般小于10)．从单色光源发出的光经透镜L 会聚于狭缝S ，使S 成为具有较大亮度的线状光源．从狭缝S 发出的光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就好像它们是由虚光源S1和S2发出的一样，满足相干光源条件，因此在两束光的交叠．区域P1P2内产生干涉．当观察屏P 离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行于狭缝S 的、明暗相间的、等间距干涉条纹．图1 图2 设两虚光源S1和S2之间的距离为d '，虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)到观察屏P 的距离为d ，且d d <<'，干涉条纹间距为x ∆，则实验所用光源的波长λ为 x d d ∆'=λ因此，只要测出d '、d 和x ∆，就可用公式计算出光波波长．【实验内容】1．调节共轴(1)按图1所示次序，将单色光源M ，会聚透镜L ，狭缝S ，双棱镜AB 与测微目镜P 放置在光具座上．用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊和狭缝S 的取向大体平行．(2)点亮光源M ，通过透镜L 照亮狭缝S ，用手执白纸屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束，有否叠加区P1P2 (应更亮些)?叠加区能否进入测微目镜?当移动白屏时，叠加区是否逐渐向左、右(或上、下)偏移?根据观测到的现象，作出判断，进行必要的调节使之共轴．2．调节干涉条纹(1)减小狭缝S 的宽度，绕系统的光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜AB ，当双棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行时，从测微目镜中可观察到清晰的干涉条纹．(2)在看到清晰的干涉条纹后，为便于测量，将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当．同时只要不影响条纹的清晰度，可适当增加狭缝S 的缝宽，以保持干涉条纹有足够的亮度．(注：双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离，S1、S2间距也将减小，这对d '的测量不利．)3．测量与计算(1)用测微目镜测量干涉条纹的间距x ∆．为了提高测量精度，可测出n 条(10～20条) 干涉条纹的间距x ，除以n ，即得x ∆．测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹(或暗纹)的中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过n 个条纹，读出两次读数．重复测量几次，求出x ∆． (2)用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离d ．由于狭缝平面与其支架中心不重合，且测微目镜的分划板(叉丝)平面也与其支架中心不重合，所以必须进行修正，以免导致测量结果的系统误差．测量几次，求出d ．(3)用透镜两次成像法测两虚光源的间距d '．参见图3，保持狭缝S 与双棱镜AB 的位置不变，即与测量干涉条纹间距x ∆时的相同(问：为什么不许动?)，在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为f '的会聚透镜L '，移动测微目镜使它到狭缝S 的距离f d '>4，然后维持恒定．沿光具座前后移动透镜L '，就可以在L '的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源S1和S2经透镜所成的实像1S '和2S '，其中一组为放大的实像，另一组为缩小的实像．分别测得两放大像的间距1d 和两缩小像的间距2d ，则按下式即可求得两虚光源的间距值d '． d '．多测几次，取平均21d d d ='图3 (4)用所测得的x ∆、d '、d 值，代入式(7-1)，求出光源的波长λ．(5)计算波长测量值的标准不确定度．【注意事项】(1)使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置的分格精度，要注意防止回程差，旋转读数鼓轮时动作要平稳、缓慢，测量装置要保持稳定．(2)在测量d 值时，因为狭缝平面和测微目镜的分划板平面均不和光具座滑块的读数准线(支架中心)共面，必须引人相应的修正(例如，GP 一78型光具座，狭缝平面位置的修正量为42.5mm ，MCU 一15型测微目镜分划板平面的修正量为27.0mm)，否则将引起较大的系统误差．(3)测量d1、d2时，由于透镜像差的影响，将引入较大误差，可在透镜L '上加一直径约lcm 的圆孔光阑(用黑纸)以增加d1、d2测量的精确度．(可对比一下加或不加光阑的测量结果．)【思考】1．双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝?为何缝要很窄且严格平行于双棱镜脊才可以得到清晰的干涉条纹?2．试证明公式21d d d ='THANKS致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考。

试验八用双棱镜干涉测钠光波长

双棱镜干涉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一、实验目的1. 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；2. 学会用双棱镜测定光波波长。

二、实验仪器双棱镜、扩束镜、辅助透镜(两片)，测微目镜、光具座、白屏、激光光源三、实验原理将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角A 较小(一般小于1︒)(如图1)。

从激光器S 发出的光经扩束镜到达狭缝S ，使S 成为具有较大光亮度的线状光源。

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。

通过双棱镜观察者两束光，就好像它们是由虚线光源1S 和2S 发出的一样，故在两束光相互交叠区域1P ，2P 内产生干涉。

如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行，便可在白屏P 上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹如(图2)。

将白屏放到1P 、2P区域中的任何位置，均可以看到明暗交替的干涉条纹。

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(近似的在光源狭缝S 的平面内)至观察屏P 的距离，若观察屏中央O 点与1S 、2S 的距离相等，则由1S 、2S 射束的两束光的光程差等于零，在O 点处两光波互相加强，形成中央明条纹；其余的明条纹分别排列在O 点的两旁。

假定Q 是观察屏上任意一点，它离中央点O 的距离为x 。

在'd d =时，121Δ'S S S 和ΔS O Q可看做相似三角形，且有δ'x d d=(因Q S O ∠很小，可用直角边d 代替斜边)，当 'δλx d k d==(0,1,2,3k =±±±…）或λ'd x k d ==(0,1,2,3k =±±±…）则两光束在Q 点相互加强，形成明条纹。

“菲涅耳双棱镜测光波波长”的实验误差及改进

棱镜）和分振幅法（如薄膜干涉、劈尖干涉、牛顿环和迈克尔逊
干涉仪）。（二）仪器介绍。如图１所示，ｗ是光源（本实验用钠光
灯），Ｆ是滤光片（适用于多色光），Ｓ是宽度可调的狭缝，Ｂ是
图２二次光路成像图
距离为：ｄ气／ｄｌ・ｄ２。
的系统误差和偶然误差。如果在实验过程中，各光学元件的共
轴性的一致性不是很好，实验所产生的误差就更大。针对这些问题，笔者做了一些实验上的补充和改进，以尽量减小实验误差，提高实验效果。
波长Ａ。
实验，它同杨氏双缝实验一样，都是古老的物理实验，这两个实验共同奠定了光的波动学的实验基础。菲涅耳双棱镜的实验原
理是在杨氏双缝实验原理的基础上进一步改进而成的，本质上
其中Ｄ为虚光源到接收屏的距离，可由光具座上的米尺测
二、实验的补充和改进
改进实验主要是为了能得到更精确的实验数据，提高学生
对实验问题的了解。针对上述所说的实验误差来源，笔者主要做了以下几个方面的改进。
双棱镜，Ｌ是凸透镜，Ｍ是测微目镜，所有仪器都安装在有刻度
的光具座上。
（一）调节方法的改进。“ 菲涅耳双棱镜测光波波长 ” 实验对共轴的要求为实验的难点之一，实验仪器是否共轴，对实验数据的影响比较大。而实验课本上对实验共轴性的要求没有明

用菲涅尔双棱镜测量光波波长

用菲涅尔双棱镜测量光波波长
一、实验目的二、实验原理三、实验仪器
用菲涅尔双棱镜测光波波长
【实验目的】
1. 观察双棱镜产生的干涉现象 2. 掌握获得双光束干涉的一种方法，进一步理
解产生干涉的条件 3. 学会用双棱镜测定光波波长
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【简要原理】
相干光是产生光的干涉现象的必要条件。常用的获得相干光的方法有双缝、双面镜、双棱镜及洛埃镜等，它们都是属于双缝干涉实验的同一类型。利用相干光产生的干涉图样，可以测定单色光的波长。本实验是用双棱镜测定钠光的波长。
单色光从狭缝 S 射出，经双棱镜折射后分为两束光，它们好像是分别从虚光源 S1 和 S2发出的，它们是相干光。于是在两束相干光重叠的区域内产生干涉现象，如图。在该区域内放置的观察屏上可以观察到明暗交替的等间距的干涉条纹，条纹的取向与狭缝平行。
M P S1
S
S2
N
D
E F
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光波的波长由下式确定：
d x
D
式中 D 为狭缝到观测屏的距离，d 为两虚光源 S1 和 S2 的距
离，x 为条纹间距。测得 D 、d 座、双棱镜、可调狭缝、会聚透镜、测微目镜、钠光灯
可调狭缝
会聚透镜
测微目镜
钠光灯
双棱镜
光具座
电源
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基础物理实验菲涅尔双棱镜讲解

成在一定立体角内传播的的球面光波。
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。

斐涅耳双棱镜干涉测波长实验

1．等高共轴调节参照4.15斐涅耳双棱镜干涉测波长相关章节，做好激光源、圆孔衍射屏和测
微目镜的共轴调节。 2．观察衍射图样将测微目镜由近及远向远离圆孔方向移动，观察并记录衍射图样的变化。注意：用测微目镜观察衍射图样前，必须插入并转动偏振片使出射光减至最
弱，再根据观察需要适当调整光强； 3．测量激光波长把测微目镜置于距衍射屏（圆孔）1~1.5m处，测量并记录中心亮斑的直径d
和衍射屏到观察屏的距离D（均只作单次测量）；已知圆孔直径约为 0.5mm（准确值需用读数显微镜测量）。 4．数据处理（1）记录并叙述当接收屏逐渐远离时，圆孔衍射的观察结果；（2）由圆孔衍射的测量数据计算激光波长，并与标称值进行对比。不要求计算不确定度，但要给出正确的有效数字。 5．选做实验（1）利用本实验装置测定细丝的直径。（2）研究圆孔的费涅耳衍射并用于测波长。要求见现场说明，方法自拟。
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。
斐涅耳双棱镜干涉测波长---实验内容
4. 设计性实验（选做）用双孔杨氏干涉测量光的波长。方法自拟。
斐涅耳双棱镜干涉测波长--- 预习思考题

双棱镜干涉测钠光波长

北京航空航天大学基础物理实验------研究性实验实验题目双棱镜干涉测钠光波长一、摘要法国科学家菲涅耳（Augustin J.Fresnel）在1826年进行的双棱镜实验证明了光的干涉现象的存在，它不借助光的衍射而形成分波面干涉，用毫米级的测量得到纳米级的精度，其物理思想、实验方法与测量技巧至今仍然值得我们学习。

二、实验原理如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且这两列光波的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域内，光强的分布不是均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零)，这种现象称为光的干涉。

菲涅尔镜双棱镜可以看作是由两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。

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，变成两束相互重叠的光，这两束光放佛是从光源的两个虚像S1 和S2是两个相干光源，所以若在两束光想重叠的区域内放置一屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。

菲涅耳利用如图1所示装置，获得了双光束的干涉现象．图中双棱镜B是一个分割波前的分束器，它的外形结构如图2所示．将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角较小(一般小于1°). 当狭缝S发出的光波投射到双棱镜B上时，借助棱镜界面的两次折射，其波前便分割成两部分，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，就好像它们是由虚光源和发出的一样，故在两束光相互交叠区域内产生干涉．如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行，便可在光屏上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹。

双棱镜的干涉条纹图设代表两虚光源和间的距离，为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S的平面内)至观察屏Q的距离，且，任意两条相邻的亮（或暗）条纹间的距离为，则实验所用光波波长可由下式表示：（根据形成明、暗条纹的条件，当光程差为半波长的偶数倍时产生明条纹，当光程差为半波长的奇数倍时产生暗条纹）(1)上式表明，只要测出、和，就可算出光波波长。

实验六-双棱镜干涉测波长

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∆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-YsΔSΔeD1．二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 BAd =（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 23412 34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。

菲涅尔双棱镜干涉测波长习题与数据处理doc

双棱镜干涉测波长填空题1．光的干涉现象说明光具有光具有波动性，两束光相干的条件是其频率相同，振动方向相同，相位相同或位相差恒定。

2．通常，产生相干光的方式有两种，即分振幅法和分波阵面法。

在双棱镜干涉实验中通过分波阵面法获得相干光。

3．用测微目镜测量时，为消除螺距间隙误差，应把测微目镜鼓轮沿一个方向旋转，中途不能反转。

为准确测量条纹间距及两虚光源间距，应使目镜分划板竖线与条纹及虚光源的像平行。

简答题：1.如果干涉条纹不清晰，采取那些措施可以使它变清晰？答：①狭缝宽窄合适；②狭缝与双棱镜的棱脊平行；2.用双棱镜干涉装置测单色光的波长，需要测哪些物理量？如何测得这些物理量？答：双棱镜干涉装置测单色光的波长公式为，我们需要测量相邻两明条纹的间距∆x，α是两相干光源的间距，直接测量相干光源的大像间距b和小像间距b'，即可求出α，，狭缝到测微目镜之间的距离D。

∆X合α可用测微目镜测量；D可从光轨上读出。

3. 本实验干涉条纹和测微目镜分划板之间是否存在视差？为什么？答：本实验干涉条纹和测微目镜分划板之间不存在视差。

因为本实验的干涉条纹为非定域条纹，在两相干光束相交叠的区域内，处处都有干涉条纹。

测微目镜置于干涉场内任何地方，都有干涉条纹落在分划板上，所以干涉条纹和分划板之间不存在视差，测量时不需做“消视差”调节。

菲涅尔双棱镜数据处理数据表格, mm干涉条纹间距实验数据2：, 相干光源间距实验数据3：狭缝滑块位置: 71.65cm 测微目镜滑块位置: 138.15cm 狭缝平面至滑块中心修正值=3.5cm测微目镜分划板至滑块中心修正值= 651.0mm数据处理及不确定度计算：1.干涉条纹间距d的不确定度（测微目镜仪器误差）2.相干光源间距a的不确定度对线误b=1.384mm, =0.414mm3.D的不确定度光轨上米尺的读数误差=1mm4.计算单色光波长及不确定度5.实验结果：。

菲涅尔干涉实验报告

菲涅尔干涉测钠光波长【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。

（3）通过观察双棱镜产生的双光束干涉现象，理解产生干涉的条件。

（4）学习测微目镜的使用及测量。

【实验仪器】光源、双棱镜、可调狭缝、凸透镜、观察屏、光具座、测微目镜。

【实验原理】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。

若置单色狭条光源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S 0的两个虚象S 1 及S 2 射出的一样（见图1）。

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一屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。

设a 代表两虚光源1S 和2S 间的距离，D 为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)至观察屏Q 的距离，且a 《D ，任意两条相邻的亮（或暗）条纹间的距离为ΔX ，则实验所用光波波长λ可由下式表示：X Da∆=λ (12-1)上式表明，只要测出a 、D 和ΔX ，就可算出光波波长。

由于干涉条纹宽度ΔX 很小，必须使用测微目镜进行测量．两虚光源间的距离a ，可用一已知焦距为f 的会聚透镜L ，置于双棱镜与测微目镜之间,如图12-3所示，由透镜两次成像法求得．只要使测微目镜到狭缝的距离大于4f ，前后移动透镜，就可以在透镜的两个不同图12-2 双棱镜B 外形结构图位置上从测微目镜中看到两虚光源1S 和2S 经透镜所成的实像，其中之一为放大的实像，另一个为缩小的实像．如果分别测得两放大像的间距1d ，和两缩小像的间距2d ，则根据下式a= 21d d (12-2)即可求得两虚光源之间的距离a ．图12-3 双棱镜干涉实验装置【实验内容】实验步骤 (1) 仪器调节 ① 粗调将缝的位置放好，调至竖直，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。

用菲涅耳双棱镜测波长

双棱镜形状
由两个相互平行的平面玻璃棱镜组成，中间有一条窄缝。
光线传播路径
当单色光正入射到双棱镜上时，光线被分成两束，分别经过两个棱镜后发生折射和反射，再相遇时产生干涉。
干涉条纹特点
在双棱镜后方屏幕上出现明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长和双棱镜参数有关。
干涉条纹产生条件
01
02
03
04
光源要求
1
| 3 | 486.1 | 3.24 | 3.26 | 0.61 |
| 4 | 435.8 | 2.90 | 2.93 | 1.02 |
| 5 | 平均值 | 3.50 | 3.52 | 0.57 |
结果可视化图表呈现
【请在此处插入数据汇总表对应的柱状图或折线图】
通过可视化图表，可以直观地看到不同波长光源下测量值与理论值的差异，以及相对误差的大小。从图表中可以看出，测量值与理论值基本吻合，相对误差较小。
调整光路
确保光源、菲涅耳双棱镜和观察屏之间的光路畅通，没有遮挡物。
记录干涉条纹并测量数据
打开光源
记录干涉条纹
打开光源，使光线正对菲涅耳双棱镜入射，同时观察观察屏上的干涉条纹。
使用相机或手机等设备记录观察屏上的干涉条纹，确保照片清晰、准确。
测量数据
重复实验
使用尺子测量干涉条纹之间的距离，记录测量数据。同时记录实验环境中的温度、湿度等参数，以便后续数据处理和分析。
在实验过程中，需要严格控制实验条件，如光源的稳定性、双棱镜的调节精度等。这些因素都会对实验结果产生影响，需要在实验设计和操作过程中予以充分考虑。
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结论与展望
实验结论总结

实验八用菲涅耳双棱镜测波长

实验八用菲涅耳双棱镜测波长实验目的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．学会用双棱镜测定光波波长。

实验仪器双棱镜，可调狭缝，辅助透镜，测物目镜，光具座，白屏，单色光源实验原理如图5—8－1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5—8－2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。

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 dd δλ'= （5—8—1）x ８－２—图５185－—图棱脊端面楔角（5—8—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。

由于干涉条纹宽度x δ很小，必须使用测微目镜进行测量。

两虚光源间的距离'd ，可用已知焦距为'f 的会聚透镜'L 置于双棱镜与测微目镜之间，由透镜的两次成像法求得，如图5—8－3所示。

用菲涅尔双棱镜测量光波波长实验报告

用菲涅尔双棱镜测量光波波长实验报告一、实验目的1、掌握菲涅尔双棱镜干涉的原理和方法。

2、学会使用测量显微镜测量干涉条纹的间距。

3、测量光波的波长，并对实验结果进行误差分析。

二、实验原理菲涅尔双棱镜可以看作是由两块底面相接、顶角很小的直角棱镜合成。

当一束单色平行光垂直照射在双棱镜的表面时，经折射后形成两束相干光。

这两束光好像是从两个虚光源发出的一样，在它们相遇的区域产生干涉条纹。

设两虚光源之间的距离为 d，虚光源到屏的距离为 D，相邻两条干涉条纹的间距为Δx，则根据光的干涉理论，光波的波长λ可以通过以下公式计算：λ ＝Δxd ／ D三、实验仪器1、钠光灯：提供单色光源。

2、菲涅尔双棱镜。

3、测量显微镜：用于测量干涉条纹的间距。

4、光具座：用于固定和调节光学元件的位置。

四、实验步骤1、调节光路将钠光灯、菲涅尔双棱镜和测量显微镜依次放置在光具座上，使它们大致在同一水平线上。

调节钠光灯的位置，使其发出的光能够均匀照亮双棱镜。

调节双棱镜的位置，使其棱脊与光具座平行，并使干涉条纹清晰可见。

2、测量干涉条纹间距转动测量显微镜的测微鼓轮，使叉丝对准干涉条纹的中心。

沿一个方向移动测量显微镜，依次测量若干条干涉条纹的位置，并记录下来。

3、测量虚光源到屏的距离 D 和两虚光源之间的距离 d用米尺测量虚光源到屏的距离 D。

通过测量双棱镜的几何尺寸和它在光具座上的位置，计算出两虚光源之间的距离 d。

4、重复测量重复上述步骤，进行多次测量，以减小测量误差。

五、实验数据及处理1、测量干涉条纹间距的数据如下表所示：｜条纹序号｜位置（mm）｜｜｜｜｜ 1 ｜ 1025 ｜｜ 2 ｜ 1150 ｜｜ 3 ｜ 1270 ｜｜ 4 ｜ 1395 ｜｜ 5 ｜ 1520 ｜相邻条纹间距的平均值：Δx ＝（1150 1025 ＋ 1270 1150 ＋ 1395 1270 ＋ 1520 1395）／ 4＝ 125 mm2、虚光源到屏的距离 D ＝ 50000 mm3、两虚光源之间的距离 d 的计算：双棱镜的折射率 n ＝ 15，顶角α ＝ 05°，双棱镜的厚度 t ＝ 500 mm，双棱镜到测量显微镜的距离 L ＝ 30000 mm。

用菲涅耳双棱镜测波长

5.13 用菲涅耳双棱镜测波长
实验背景
1818年菲涅耳设计的双棱镜实验利用光的干涉测到了光的波长，是历史上证明光的波动性的著名实验。此实验设计的巧妙之处在于通过对毫米量级的长度测量，得到了小于微米量级的光波波长。
实验目的
用光的干涉现象测量波长的一种方法。 (3) 进一步掌握调整复杂光路的方法。
10
x xk 1 xk
于是，光波波长
d l
………（5.13.4） l x ………（5.13.5）
d
对暗条纹也可得到同样结果。（5.13.5）式就是本实验利用光的干涉现象求光波波长所依据的公式。
实验装置（如图5.13.3 ）
N：钠光灯，置于带光窗的方形金属罩中； S：宽度、方位都可调节的单狭缝； B：菲涅耳双棱镜,楔角很小（约1°左右）。 E：测微目镜。每个光学元件都用光具夹夹住，由支杆与下面的滑块用螺丝固定。松开此螺丝就可提起
图5.13.5
分别把大小像调清楚，即内边缘很细很亮，且与叉丝平面没有 l 2 ，共测五次。利用视差。测出两虚光源所成实像的间距 l1 、公式： l l1l 2 ……（5.13.6）即可算出两虚光源的间距 l 。 c. 测量虚光源到测微目镜分划板的距离。直接由光具座上的标尺读出即可，虚光源的位置粗略地认为在狭缝平面内。注意修正支杆与狭缝平面、支杆与测微目镜分划板之间的距离，测量一次。
d. 调出干涉条纹。调窄狭缝到足够细（切忌不要关死，且目镜视场中不能太暗）,再微调狭缝的竖直方位,使之与棱镜的棱脊严格平行,即轻轻来回旋转狭缝圆盘斜上方的螺丝，直到测微目镜视场中出现清晰的干涉条纹。 (2) 测量： a. 测量干涉条纹的间距旋转测微目镜的鼓轮，使目镜中的叉丝中心对准干涉图样左边任一暗条纹，记下此时的读数，转动鼓轮，使叉丝向右移动,移过一条暗纹数1,移过两条数2,直至数到10,再记下位置。重复此步骤共测5次。 b. 用共轭法测量两个虚光源的间距：在双棱镜与测微目镜之间加一块透镜，先目测调节此透镜与原光学系统共轴，一般不再动原系统的元件，然后如图5.13.5，移动透镜在I处，目镜中将看到放大的虚光源的实像，移动透镜在Ⅱ处，将看到缩小的虚光源的实像。此两像的中心应大致重合,如不重合，要继续调节透镜的上下左右位置，要前后移动透镜的位置,直至重合且在视场中央。开始测量前,要前后移动透镜的位置 ,

用菲涅尔双棱镜测量光的波长

一、引言法国科学家菲涅尔用几个自己设计的新实验，在当时令人信服地证明了光的干涉现象的存在，这些实验之一就有他在1826年进行的双棱镜实验。

用测微目镜的分划板作为观察屏可直接读出条纹间距X的值，D可直接由导轨上的直尺读出。

3-菲涅耳双棱镜测波长

实验三用菲涅耳双棱镜测单色光波长[实验目的]１、调节双棱镜干涉装置并观察光的干涉现象。

２、利用光的干涉现象测单色光的波长。

[实验器材]光具座、双棱镜、钠光灯、可调狭缝、测微目镜、凸透镜、 [实验原理]两个独立的光源不可能产生干涉，要观察干涉现象必须用光学方法。

将一个原始光点（振源）分成两个位相差不变的幅度中心，即造成象“相干光源”．分割的方法有两种：即分波前法和分振幅法，属于分波前法的装置有杨氏(young)双缝，菲涅尔双棱镜、双面镜以及洛埃镜等实验装置，我们先考虑这类装置和它产生的干涉现象．如图３－１所，相干光源S １与S ２相距为L ，它们与屏的距离为D ，若L 比D 小得多，则在屏上有干涉花纹出现，根据干涉条件，当光程差∆=d 2-d 1=±k λ 时，其干涉纹有最大光强度（最明亮），当光程差∆=d 2-d 1=(2k+1)λ/2时,其干涉条纹的光强度为零（最暗），在O 点，因为光程差为零，而形成中央明纹，其余的明暗相间条纹，则分别列于O 的两旁。

设第K 条亮条纹与中心O 相距为X K ，如X K 与L 都比D 小得多（实际情况也是如此）于是，近似地有：Dx L K =∆ 图 3 - 1 由此得出第K 条亮条纹到中心距离： λK lDl D x K =∆=设第K 条暗纹与中心O 相距为x K '()212λ+=KlDx K在任何两条暗纹（或亮纹）之间的距离为δx是：xKKxDllDxxδλλδ==-=-1(3-1)式中λ为相干光源波长，l为窄缝间距，D为狭缝到屏之间的距离。

[实验内容]用菲涅尔双棱镜测光波波长。

菲涅耳双棱镜由玻璃制成，它有两个非常小的镜角（约1︒）和一个非常大的钝角如图３－２，从狭缝S射来的光束，经过双棱镜折射,图3 - 2产生两个虚象S1和S2，它们都是相干光源．折射光束在双棱镜后面画有斜线的区域中发生干涉，结果在屏上形成明暗交替的条纹，如能测得δx、l 和D 则可由（３－１）或算出光源的波长.实验装置如图３－３所示，A是钠光灯，S是光度可调的狭缝，B 是双棱镜（它夹在一个特制的金属框内，可任意调节某方位），O是测微目镜，它的焦面相当于图３－２中的观察屏，为了便于调节，所有的仪器都安排在光具座上，光具座附有标尺，能粗略量出各元件的距离。