實驗五 鈉黃光雙線波長差的測定.doc

實驗五 鈉黃光雙線波長差的測定【實驗目的】1 了解F-P系統(tǒng)的結構用原理2 熟悉法布里珀羅干涉儀的構造及使用方法3 測定鈉黃光雙線的波長差【實驗儀器及用具】WSM100邁克耳遜干涉儀及其附件FP系統(tǒng)和望遠鏡、鈉光燈（GP20Na型）、毛玻璃、透鏡、支架等?！緦嶒炘怼?.FP系統(tǒng)（法布里珀羅系統(tǒng)）的結構及原理 FP系統(tǒng)由兩塊相互平行的平面玻璃板組成，其中一塊固定，另一塊安裝在防轉滑塊上，通過移動手輪可實現(xiàn)在干涉儀導軌面上滑動，以改變兩玻璃板之間的間距。平面玻璃板的內(nèi)表面加工精度要求高于1/20波長。內(nèi)表面鍍有高反射膜，膜的反射率高于90%。光路如圖1所示，當單色平行光束S以小角度入射到的M平面及M平面多次反射和透射時，分別形成一系列相互平行的反射光束1、2、3、4及透射光束1、2、3、4這些相鄰的光束之間有一定的光程差d為兩平行板之間的間距，n為兩平行板之間介質的折射率。在空氣中使用時n=1，為光束的入射角，這一系列互相平行并有一定光程差的光束在無窮遠處或用透鏡會聚的焦平面上發(fā)生干涉。光程差為波長的整數(shù)倍時，產(chǎn)生干涉極大值，即式中k為整數(shù)，若間距d一定，在波長不變的條件下，同一級次k對應相同的入射角，形成一個亮環(huán)。中心亮環(huán)=0，COS=1的級次最大，kmax=2d/。向外不同半徑的亮環(huán)，依次形成一套同心圓環(huán)。2測量方法及公式實驗裝置圖如圖2所示，當儀器調節(jié)好后，用望遠鏡觀察，波長為5890與5896的兩套條紋同時出現(xiàn)，一般情況下，兩套條紋相間是不均勻的，即出現(xiàn)雙環(huán)現(xiàn)象（圖3a）。只有FP系統(tǒng)的兩鏡間距滿足某些長度，這兩套干涉環(huán)才重疊在一起，出現(xiàn)重疊單環(huán)（圖3b）；而在另一些長度上，波長為5890的環(huán)剛好夾在波長為5896兩環(huán)的中間，出現(xiàn)居中單環(huán)（圖3c）。 所謂的單環(huán)、雙環(huán)可根據(jù)干涉情況則可根據(jù)條紋的相對疏密程度，因為重疊時較居中時條紋數(shù)相對減少了一半，故條紋明顯變疏的是重疊單環(huán)。實驗時，由于條紋寬度的影響，條紋是否完全重疊，很難判斷準確，但這一居中位置卻可以判斷得相當準確。而它們所用的公式具有相同的形式，現(xiàn)推導如下：設兩套干涉條紋重疊時，兩鏡間距離為t1，對應波長為1的級數(shù)為k；對應波長為2的級數(shù)為k+n級。改變兩鏡間距，當再次重疊時兩鏡間距離為t2，對應1的級數(shù)為k+m；對應2的級數(shù)為k+n+m+1級，則有下列方程：2 t1=k1 （1）2 t1=（k+n）2 （2）2 t2=（k+m）1 （3）2 t2=（k+n+m+1）2 （4）由式（1）、（3）得 （5）式中。由式（2）、（4）得 （6）由式（5）、（6）消去m得當令，則得 （ 7）當1的條紋夾在2的條紋正中時，對應1的條紋為k級；對應2的條紋為k+n+1/2級。改變兩鏡間距，當再次夾在正中時對應1的級數(shù)為k+m；對應2的級數(shù)為k+n+m+3/2級，則有2 t1= k1 （8）2 t1=（k+n+1/2）2 （9）2 t2=（k+m）1 （10）2 t2=（k+n+m+3/2）2 （11）由式（8）、（10）得 （12）由式（9）、（11）得 （13）由式（12）、（13）消去m得 （14）比較式（4）與（14）可知它們具有相同的計算公式。由此可知，無論通過哪種方法，只要測出t就可求出。采用重疊條紋法，能觀察到較多的重復次數(shù)，但精度不高；而采用條紋相間居中的辦法，測量次數(shù)雖較少，但可提高測量精度，故本實驗采用后一種測量方法?！緦嶒瀮?nèi)容及步驟】1 調節(jié)法布里珀羅系統(tǒng)兩鏡面相距約23mm。2 開啟鈉燈，使它正對著兩鏡面。3 透過兩鏡片觀察鈉燈，調節(jié)位于前方的那一平面鏡上的三顆滾花螺釘，使所觀察到的毛玻璃的慧尾消失，再緩慢微動調節(jié)便可看到干涉條紋，并使干涉條紋中心位于視場中央。4 在鈉燈與干涉儀之間依次加入毛玻璃和透鏡，透過FP系統(tǒng)兩鏡面，上、下，左、右移動眼睛進行觀察，同時調節(jié)兩個微動螺絲，直至圓環(huán)中心不再有條紋“涌出”或“陷入”。5 放上望遠鏡，可看到等傾干涉條紋，若條紋仍不清晰、明銳，可繼續(xù)調節(jié)微調螺絲。6 順時針方向轉動微動手輪移動活動鏡面，可觀察一到干涉條紋從雙環(huán)居中單環(huán)雙環(huán)重疊單環(huán)雙環(huán)相繼重復出現(xiàn)的現(xiàn)象。7 逆時針轉動手輪將兩鏡面的距離重新調至23mm，然后又順時針緩慢轉動微動手輪，仔細觀察，連續(xù)記錄下8次居中單環(huán)時的讀數(shù)。用逐差法處理實驗