菲涅尔双面镜干涉法
双棱镜
BIPRISM INTERFERENCE : 注意事项 ...
1,激光中心一定要通过棱镜脊. 2,读数显微镜鼓轮在运转测量过程中只能一个方 向,不能回转,因为齿纹有空程差. 3,消除视差,使干涉条纹与叉丝在同一个面上. 4,镜片易碎,请小心操作,切勿把物品从一张桌 子移到另一桌子,请配套使用.
BIPRISM INTERFERENCE : 参考资料 ...
BIPRISM INTERFERENCE : 实验方法 ...
贝塞尔法:—原理图
AB为物体;A/B/ 为放大像;A//B// 为缩小像;L为待 测透镜;H为屏幕;D为物体与屏幕间距;△为透镜 两次成像之间的位移.
BIPRISM INTERFERENCE : 实验方法 ...
贝塞尔法:—公式
若物体与屏幕的间距满足:D>4f,且D保持不变,则移动透镜,必能在屏 幕上两次成像,当物距为S1时,得到放大的像,当物距为S2时,得到缩小 的像,根据光线可逆定理得:
d =
d 1d 2
BIPRISM INTERFERENCE : 仪器剖析... 仪器剖析...
光具座: 光具座:
BIPRISM INTERFERENCE : 仪器剖析... 仪器剖析...
调节支架: 调节支架:
三位 弹簧夹
玻璃 镜片
前后 位移架
升降杆
固定 螺钉
左右位 移调节
BIPRISM INTERFERENCE : 仪器剖析... 仪器剖析...
...
算术表达式
因为: 亮条纹位置 暗条纹位置
x x
k / k
= =
D kλ d D 1 (k + )λ d 2
而且:
δ
x
=
菲涅尔双棱镜实验报告
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。
菲涅耳双棱镜干涉实验
菲涅耳双棱镜干涉实验
菲涅耳双棱镜干涉实验是一种利用干涉现象观察光波特性的实验。
在此实验中，将一束单色光通过一个菲涅耳双棱镜，光线将被分成两束，每一束光线都沿不同的路径传输，在某一点再次相交而产生干涉。
在干涉产生的区域，由于两束光线在该区域的相位差，干涉有时是增强的，有时是减弱的。
这种干涉可观察到明暗相间的条纹，称为干涉条纹。
通过观察干涉条纹的形态和位置，可以确定光波的波长和相位差。
菲涅耳双棱镜干涉实验在工业、医学、物理学、测量学、地质学和天文学等领域有广泛的应用。
菲涅尔双镜条纹间距公式推导
菲涅尔双镜条纹间距公式推导
菲涅尔双镜条纹间距公式推导如下：
在双棱镜干涉实验中:
所用双棱镜折射角a很小(a=△0/LO)并且主截面垂直于作为光源的狭缝S:借助于双棱镜的折射，将自S发出的波阵面分为向不同方向传播的两个部分，这两部分波阵面好象自图中所示虚光源S1和S2点发出的一样在两波相交的区域P1P'2产生干涉两相干光源的距离t可由折射角为a的棱镜对光线产生的偏向角公式=(n-1)a 算出:t =2(n -1)aL1 ①
其中n为棱镜玻璃折射率
将t及值(L=L1+L2)代入双缝干涉间隔公式L=L/t中，则得双棱镜干涉相邻条纹间距:ΔL=(L1+L2)λ/2(n -1)aL12。
基础物理实验菲涅尔双棱镜
圆孔衍射实验---预习思考题
（1）圆孔衍射形成的是什么形状的条纹？如何通过圆孔衍 射来测量光的波长（给出计算公式，圆孔的直径已事 先测定）？ （2）圆孔衍射图样的中心是亮斑还是暗斑，为什么？ （3）本实验中偏振片有什么用？怎样防止激光伤害眼睛？
双棱镜干涉
圆孔衍射实验---实验后思考题
双棱镜干涉
圆孔衍射实验---实验内容
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。
表中x=2pasinq /l，a是圆孔半径，q 是衍射角，l是光的波长。可见圆 孔衍射的绝大部分能量都集中在0级衍射斑（爱里斑）内，许多 光学仪器的分辨本领正是由此决定的。
双棱镜干涉
圆孔衍射实验---仪器设备
仪器设备
光具座，半导体激光器，凸透镜，组合衍射屏（圆孔，双孔等）， 测微目镜，偏振片，白屏。
双棱镜干涉
斐涅耳双棱镜干涉测波长---仪器设备
光学课间 菲涅耳双面镜
实验表明
直接射到屏上的光 镜面反射到屏上的光
位相相反
∵ 直接射到屏上的光位相不变 ∴ 反射光的位相改变了 π ——半波损失 光从光疏介质射向（掠射：入射角接近 90 ）
光密介质时，反射光的位相较之入射光的位相跃变 π 了 。光从光密介质射向光疏介质时,反射光不产生半 波损失。
▲
明暗条纹满足的条件 在相干光迭加的区域内： 位 置 条 件 明纹 暗纹
y= j
r0 λ d r0 λ 2d
y = ( 2 j + 1)
光
j
的迭加区域
明暗条纹 条纹 区域在光 相 的 区内
4、维纳驻波实验 复习 机械波驻波特性： 入射波与反射波发生干涉。 腹点：任何时间内振幅最大处。 节点：任何时间内振幅最小处。 相邻两节点（腹点）的距离为 λ 2
▲
实验装置
λ
G′
G
∠s1s s2 = θ (圆周角)
∠s1c s2 = 2θ (圆心角)
d = 2r sin θ
r0 = d ′
▲
明暗条纹满足的条件 参照杨氏干涉的位置条件，得 d′ 明纹 y = ± j λ ( j = 0,1,2 …) d 位置条件 ′ 暗纹 y = ± (2 j + 1) d λ (j = ±0,1,2 ⋯) 2d 条纹间距
2、菲涅耳双面镜
▲
实验装置
y
P
L
S1
d
M1 θ
S
C
S2
o
M2
d′
l
s1 虚光源 s2 和 发出的光为相干光，在相 遇区域（阴影部分）发生干涉。
▲
明暗条纹满足的条件
M1 θ
S
L
y
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。
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。
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。
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。
双棱镜
双 棱 镜
【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】
菲涅耳双棱镜可以看作两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成的。
当单色狭条光源S0从棱镜正前方照射时,经双棱镜折射，成为两束相重叠的光，它相当于光源S0的两个虚像S1、S2射出的光（相干光），在两束光相重叠的区域内产生明暗相间的干涉条纹。
存在：
：Na 光的波长。
：两个虚光源的距离。
：虚光源到观察屏间的距离。
：两干涉明条纹(或暗条纹)间的距离。
x D
d ∆=
λ
x ∆D d λD
d 2d
由于干涉条纹宽度
很小，必须使用测微目镜进行测量。
如图所示。
只要使测微目镜到狭缝的距离 ，前后移动透镜，就可以在的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源和经透镜所的实像，其中一组为放大的实像，另一组为缩小的实像，如果分别测得二放大像间距和二缩小像间距，则有 。
【实验内容及步骤】
参考课本
【思考题】
1、测量前仪器调节应达到什么要求?怎样才能调节出清晰的干涉条纹?
2、狭缝与测微目镜的距离及与双棱镜的距离改变时，条纹的间距和数量有何变化?
3、将光源改为用白光照射时，干涉条纹怎样变化？
4、在同一图内画出相距为d 虚光源的S1和S2所成的像d1和d2的光路图。
x ∆f D 4>21d d d =。
菲涅耳双棱镜干涉实验
研究性实验报告光的干涉实验（分波面法）激光的双棱镜干涉菲涅耳双棱镜干涉摘要：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)相位差恒定。
产生相干光的方式有两种：分波阵面法和分振幅法。
本次菲涅耳双棱镜干涉就属于分波阵面法。
菲涅耳双棱镜干涉实验是一个经典而重要的实验，该实验和杨氏双缝干涉实验共同奠定了光的波动学的实验基础。
一、实验重点1)熟练掌握采用不同光源进行光路等高共轴调节的方法和技术；2)用实验研究菲涅耳双棱镜干涉并测定单色光波长；3)学习用激光和其他光源进行实验时不同的调节方法。
二、实验原理菲涅耳双棱镜可以看成是有两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。
若置单色光源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放置一个屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。
如图所示，设虚光源S 1和S 2的距离是a ，D 是虚光源到屏的距离。
令P 为屏上任意一点，r 1和r 2分别为从S 1和S 2到P 点的距离，则从S 1和S 2发出的光线到达P 点得光程差是：△L= r 2-r 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：r 12=D 2+(x-2a)2r 22=D 2+(x+2a)2两式相减，得：r 22- r 12=2ax另外又有r 22- r 12=(r 2-r 1)(r 2+r 1)=△L(r 2+r 1)。
通常D 较a 大的很多，所以r 2+r 1近似等于2D ，因此光程差为：△L=Dax 如果λ为光源发出的光波的波长，干涉极大和干涉极小处的光程差是：= k λ (k=0,±1, ±2,…) 明纹=212 k λ (k=0,±1, ±2,…) 暗纹由上式可知，两干涉条纹之间的距离是：△x=aDλ 所以用实验方法测得△x ，D 和a 后，即可算出该单色光源的波长λ=Da△x三、实验方案 1)光源的选择当双棱镜与屏的位置确定之后，干涉条纹的间距△x 与光源的波长λ成正比。
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。
大物实验——双棱镜干涉实验(七)_2
双棱镜干涉实验（七）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、位相差恒定尽管干涉现象是多种多样的，但为满足上述相干条件，总是把由同一光源发出的光分为两束或两束以上的相干光，使它们各经不同的路径后再次相遇而产生干涉。
产生相干光的方式有两种：分波阵面法和分振幅法。
本次的菲涅耳双棱镜干涉属于分波阵面法。
实验目的：1、掌握菲涅尔双棱镜获得双光干涉的方法；2、验证光的波动性，了解分波阵面法获得相干光的原理；3、通过用菲涅耳双棱镜对钠灯波长的测量，掌握光学测量的一些基本技巧，培养动手能力。
实验仪器：单导体激光器，钠光源，扩束镜，双棱镜，二维调节架，透镜，测微目镜，测量显微镜，白炽光，光具座实验原理：菲涅耳双棱镜（简称双棱镜）实际上是一个顶角极大的等腰三棱镜，如图1所示。
它可看成由两个楔角很小的直角三棱镜所组成，故名双棱镜。
当一个单色缝光源垂直入射时，通过上半个棱镜的光束向下偏折，通过下半个棱镜的光束向上偏折，相当于形成S′1和S′2两个虚光源。
与杨氏实验中的两个小孔形成的干涉一样，把观察屏放在两光束的交叠区，就可看到干涉条纹。
其中，ｄ是两虚光源的间距，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，就可直接从该测微目镜中读出条纹间距△x值，D为几十厘米，可直接量出，因而只要设法测出ｄ，即可从上式算出光的波长λ，即△x=Dλ/d , λ =△xd/D （1）测量ｄ的方法很多，其中之一是“二次成像法”，如图2所示，即在双棱镜与测微目镜之间加入一个焦距为f的凸透镜L，当D＞4f 时，可移动透镜L而在测微目镜中看到两虚光源的缩小像或放大像。
分别读出两虚光源像的间距ｄ1和ｄ2，则由几何光学可知：ｄ＝21d d （2）实验装置光具座，双棱镜，测微目镜，钠光源，可调狭缝测微目镜是用来测量微小实像线度的仪器，其结构如图3所示，在目镜焦平面附近，的一块量程为8mm 的刻线玻璃标尺，其分度值为1mm （如图3（ｂ）中的8条短线所示）在该尺后0.1mm 处，平行地放置了一块分划板，分划板由薄玻璃片制成，其上刻有十字准线和一对双线，人眼贴近目镜筒观察时，可同时看到这块分划板和玻璃标尺的刻线，如图3（ｂ）所示，分划板的框架与读数鼓轮相连，当读数鼓轮旋转时，分划板会左右移动：鼓轮每转一圈（100小格），分划板移动1mm （即每小格0.01mm ）,测量微小实像时，先调节目镜与分划板间的距离，使能清晰地观察到分划板上的准线；然后调节测微目镜与待测实像的距离使实像也清晰并与准线无视差；以后旋转鼓轮使准线对准待测像的一边，读下此时玻璃标尺的读数和鼓轮读数；再旋转鼓轮使准线对准待测像的另一边，读下玻璃标尺的读数和鼓轮读数；最后把前后两次读数相减，即得待测像的长度。
双棱镜干涉实验
217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。
S S 1S 2OE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。
218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。
波阵面分割的其它干涉实验
B
d
B d0 b
d0
b
考虑到衍射的影响，有
1.22
d0
2.屏上条纹消失时，反射镜M1M4 间
的距离就是d0，测猎户星座角直径
测星干涉仪 M1
nm
测得 得
λ
M2 M3
d 0 3.07 m
1.22
d0
0.047"
λ
M4
屏Hale Waihona Puke 三、光源非单色性的影响和时间相干性
取该值的1/4作为光源的允许宽度bp，此时条纹可见度为
K=0.9。
b p bc 4 4
（二）空间相干性
bc
光源大小与相干空间（干涉孔径角）成反 比关系
给定一个光源尺寸，就限制一个相干空间。
图P222
应用举例
b 1.测遥远星体的角直径： B
使d =d0则条纹消失
'
分别是从c点到P点的一对相干光在干涉系统
左右方的光程差。
2 I1 I 2 I ( I1 I 2 ) (1 cos ) I1 I 2
类似
xd D
有
d ' x l
'
或
' x'
其中
d l
━相干孔径角 S1
到达干涉场某点的两条相 干光束从实际光源出发时 的夹角。
56
x
范围内的每条谱线都各自形成一组干涉条纹，且除零
级以外，相互有偏移，各组条纹重叠的结果使条纹可见度 下降
对于谱线宽度为的单色光，干涉条纹消失的位置满足
kc ( ) ( kc 1 )
菲涅尔双棱镜干涉实验
六 实验数据记录与处理……………………………………………………………..5
七 误差分析………………………………………………………………………………..6
八 参考文献………………………………………………………………………………..6
2
一 实验名称：菲涅尔双棱镜干涉 二 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。 三 实验器材： 钠灯， 透镜 L1 （f=500mm） ,二维架,可调狭缝， 双棱镜， 测微目镜架， 测微目镜， 二维平移底座， 三维平移底座， 升降调节座。
平均值: d1=1பைடு நூலகம்804mm
d2=0.4193mm d= d1d2 ≈ 0.87mm
测狭缝到目镜的距离（单位：mm） 狭缝位置 r1 346.0 测微目镜位置 r2 964.0 L= r2−r1 618.0
5
测量结果 钠光的波长为：λ = Δχ =
L d 0.87×0.4498 618.0
= 6.33 × 102 nm
4
六 实验数据记录与处理 测干涉条纹(单位：mm) 次数 条纹位置 χ1 1 2 3 4 5 4.931 3.554 4.634 3.685 3.478 χ2 3.575 4.450 5.958 4.617 4.828 被测条纹数 (N) 3 2 3 2 3 0.452 0.448 0.438 0.461 0.450 χ − χ1 Δχ= 2 N
四 实验原理：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S1 和S2 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∆χ = λ，即可有λ = Δχ其中d 为两个虚
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。
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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。
作为光谱分光元件，全息光栅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、价格便宜等；全息光栅已广泛应用于各种光栅光谱仪中。
作为光束分束器件，全息光栅在集成光学和光学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。
2.光栅条纹
光栅，也称衍射光栅，是基于多缝衍
射原理的重要光学元件。
光栅是一块刻有
大量平行等宽、等距狭缝（刻线）的平面
玻璃或金属片，其狭缝数量很大，一般每
毫米几十至几千条。
单色平行光通过光栅
会形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，
而这些锐细而明亮的条纹称作谱线。
谱线
的位置随波长而异，因此当复色光通过光
栅时，不同波长光所产生的谱线在不同位
置出现而形成光谱。
也就是说，光通过光
栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同
结果（如图1）。
3.光栅方程 光栅方程sin d k θλ=描述了光栅结构
与光的入射角和衍射角之间的关系，它表示当衍射角θ满足sin d k θλ=的时候发生干涉加强现象，其中d 即为光栅常数。
而当光以入射角i θ入射时，光栅方程写为 (sin sin )i d k θθλ+=。
4.光栅常数
图1 光通过光栅形成光谱
光栅常数是光栅两刻线之间的距离。
一个理想的光栅可以认为由一组等间距的
无限长无限窄的狭缝组成，
而狭缝之间的间距称为光栅
常数，在图2中用d 表示。
全息光栅的光栅常量大
小取决于两束平行光与全息
干板的夹角。
设两列相干的
平行光分别以1θ和2θ角入射
全息干板，则光栅常数
12(sin sin )d λθθ=+；若两
列相干的平面波的夹角
12θθθ=+很小，则光栅常数d λθ≈。
5.全息光栅制作原理
两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。
而采用不同波面形状的光束或不同的全息记录介质和处理过程可以得到不同类型或不同用途的全息光栅。
根据两束相干平行光产生机理的不同，制作全息光栅的光路可分为两类。
一种称为“分振幅法” ，该类方法是利用分束镜使一束光波一分为二；另一类称为 “分波面法” ，该类方法是利用一定的仪器将一束光波的波面一分为二。
其中在实际制作时通常采取分振幅法，但分振幅法制作全息光栅光栅常数通常较小。
菲涅尔双面镜是分波面获的相干光常用的实
验仪器，其典型光路如图4 所示。
图中S 为缝光
源，M 1、M 2为菲涅尔双面镜。
其干涉条纹近似为等
图2 光栅光路
图3 菲涅尔双面镜
间距的平行直条纹，将其进行记录便可制得全息光栅。
菲涅尔双面镜干涉法的制作光路如图5所示。
激光器发出的
光经扩束准直后得到平行光，然后入射到菲涅尔双面镜上，其反
射光在全息干板上进行相干叠加。
光栅常数决定
于双镜的夹角。
该方法具有与杨氏双缝干涉法相似的优点，
光程差小、干涉效果好，光栅常数易于控制且光
栅常数较大，但其光路调节复杂，如果用准直透
镜则干涉光斑面积较小，如果不用准直透镜则相
干光仅为近平行光。
图4菲涅尔双面镜干涉法三、实验步骤
1.制作全息光栅
（1）按照如图4摆放实验器材
（2）打开激光器，使激光器发出的光经扩束镜后得到平行光，
然后入射到菲涅尔双面镜上，其反射光在全息干板上进行相干叠
加
（3）调节双面镜的夹角以此来调节光栅常数
2.拍摄全息光栅
(1)在黑暗环境中，挡住激光束，把干片放在架子上；
(2)让激光束照射在干片上2秒，再重新挡住激光束，把干片取
下带到暗房中；
(3)把干片泡在显影液中大约10秒钟，取出，用清水冲洗；
(4)泡在定影液中约5分钟，取出，冲洗后晾干；
(5)用激光束检验冲洗好的干片，若能看见零级、一级的光斑，
说明此干片可以用于测定光栅常数
3.注意事项
(1)半导体激光器工作电压为直流电压3V，应用专用220V/3V
直流电源工作（该电源可避免接通电源瞬间电感效应产生高电压
的功能），以延长半导体激光器的工作寿命；
(2)不要正对着激光束观察，以免损坏眼睛；
(3)曝光时间要掌握好，曝光面切勿放反了；
(4)由于有多组同学一起实验，处理干片的时候切勿将干片混淆；
(5)在处理干片时注意避免光源（手机等）。