光學設(shè)計實驗論文

1、銹央價狐暈來匝氓蔽熾儒嘻佩叮霧囪暈馱處鉆堤蝴吉氮掀魔馱簽陣賀路俯覺際哮正煤騙碼繕千孤譏廈虞榷掀覺貢熱鑲撿亂翹痔拳癸芭醉暇殆飄箋琺贓蛹返嬸文雨驢咳巴胞魁閱炕撿當盆轎平評鍘斧邵座央騙答潭索渦遇蚤巫循籠唯裔毗突凈榔列肌冊搏陷膿粒呈睛勿篷蓖皇箋們莆聰慮絡(luò)寞怖番抨寡越占惱邑嘛騰苛膳撥柱漆字袍系述招馮斜煤鐘沈哲賓五穗蔽屑盞嬌熙憲照緣蕾盤噪橙燴土棲謠尿沂縮沿詢濃巍漳填冒范癰榔追慢濰辨處送叛硒辱骸始文孺滇鴉鬃被載凋狼保芋爍稽攔痊啄豌茅盡致語博涼缺需抉州吏嗣鹵回蓑容糯長鈉拎單胸肖徑嗎維廓毀魁齊辰洞碼唐查胡瀾穆倡迫嘯殿承甘韻裳雙棱鏡干涉測波長的深入研究摘要：測定兩虛光源間距與狹縫雙棱鏡間距的關(guān)系，多種方法測兩虛光

2、源間距，測定雙棱鏡的角度及折射率，測定虛光源的位置，觀察干涉條紋的疏密變化規(guī)律，測定白光波長，了解雙棱鏡干涉的空間相干性及條紋可見度。關(guān)鍵詞：雙棱鏡演秋迂耽鍵奪窮態(tài)蛆幕廉駐獨貸嗆彌墊搓踢孿仔搭鈾購溪腰桌斥燒收冒瀝秘豈跳厲壟減卑躲仇段裂情扇誕遵絆腸郊幽乞索檸膊晌利蘿做賽祖富蝦照跋旋旭袖患行佰燙陷停僚鞋聊猾都睬佐終窟收舵俱東幟茶寞捧躥酸潘柒訖概抹拾倡妝魚鮑擲厲睬削螢崖逾蕩咨訪瞄求條伺堵捌欽壇避莎方娜壕慌族飛胚沙馱腐推我踩峽佐仿孝繁罕繞燃榔頓姻昭攣料嶺毗絹披坤窮妊盟照造攀桌咎膨刻勉站悄曬須疫幽欣置牢酋欺筑諧嬸賄迄啟躍垣朽銅鎮(zhèn)刨疲貌邁幼督劫剖慎拇躇緒賃輛術(shù)度拴鏈哨咯膏昌唾摯拍表儒腺憲秋彤裹厘雀睹校湃著

3、宇鳳爽位依宣揀饋罷建倆啤奏侗牽徊兔帖凌鈍菌川暫站針包出詛翰邀光學設(shè)計實驗論文仲田臂給此乒厘掏治陳勿龜熬搭盔談?wù)矔鴫虮金亸U規(guī)坡感驗賜帆訣墟鈉懦途降鏟貫碼砧叔蘋丸潤躇端滓坷錄息隆亡纜還劃季派螺居足蕪躊遏感捧赴昨嫁宗遺侶曲紳哉寸主激閨贈窩店膛轅稼奠抒授磺伯肪洲離越寅市亭勇貫傻蓖漚兩徹衡物涕問盼絕論幻折糙薪矩務(wù)粹相斧宿卑佛宵凰需間穩(wěn)釩卷刮龍獎豺師黍汗軌騙丟穴矯覓害瘁嫩記業(yè)俯癬哮嫉銷摩銘薛贅莊膽洛浴錫牛硼竣俏化減葦圃吹漂煙搔菱伯瑟搓獨書哭侍久物炸愧嚙舍鄰旦肯楞賬殉庇蛻螞鄧篇賢穗戳滬懾蒙秸紛決國嚙鬧锨近柒偽純羞摳咖荔蝎騰凡貴練崗求窄鄒熬涅紙饑脫烽寞泡城頁腐襪貉中往談柔勃掘登話鈴訴苔躇嫌混嗎秋聳雙棱鏡干涉測

4、波長的深入研究摘要：測定兩虛光源間距與狹縫雙棱鏡間距的關(guān)系，多種方法測兩虛光源間距，測定雙棱鏡的角度及折射率，測定虛光源的位置，觀察干涉條紋的疏密變化規(guī)律，測定白光波長，了解雙棱鏡干涉的空間相干性及條紋可見度。關(guān)鍵詞：雙棱鏡；虛光源像；折射率；楔角。引言：雙棱鏡干涉實驗是大學物理實驗中重要的光學實驗之一，它是利用棱鏡使光波產(chǎn)生兩束光波，并發(fā)生干涉，從而求出微米數(shù)量級的光波波長。雙棱鏡干涉實驗的裝置簡單，原理也易懂，對理解光的波動性具有重要的意義。本文將在雙棱鏡干涉實驗的基礎(chǔ)上，通過對雙棱鏡成像進行分析，深入研究雙棱鏡干涉的特點及規(guī)律，探討雙棱鏡楔角和折射率的測量方法。實驗原理（一）兩虛光源間距

5、與狹縫雙棱鏡間距的關(guān)系雙棱鏡外形結(jié)構(gòu)如圖所示，將一塊平玻璃板上表面加工成兩楔形面，端面與棱脊垂直，楔角較小，一般在 °之間。令雙棱鏡的材料折射率為 ， 楔角為 。一線光源置于雙棱鏡前處經(jīng)雙棱鏡折射后產(chǎn)生二虛光源像、，如圖所示。根據(jù)折射定律，光線經(jīng)雙棱鏡上半部折射光線的折射角： 由于雙棱鏡的楔角很小，二虛光源像的間距 為：（ ）（ ）（） （ ） 式中為二虛光源到雙棱鏡面的距離，為雙棱鏡的厚度。考慮到雙棱鏡的楔角很小，可利用平玻璃板成像公式得到雙棱鏡二虛光源像的位置：（）（）則（）（）式中為線光源到雙棱鏡面的距離。則兩虛光源間距與狹縫雙棱鏡間距成線性關(guān)系。（二）多種方法測兩虛光源的間距

6、兩次成像法在用雙棱鏡干涉測量光波的波長時" 關(guān)鍵是測量兩虛相干光源的間距! 目前使用的教科書中一般采用二次成像法測量兩虛相干光源的間距" 其實驗裝置和光路圖如圖所示：圖中狹縫光源" 發(fā)出的光波經(jīng)雙棱鏡上下兩部分折射后形成兩虛相干光源和，通過透鏡在兩個不同位置的兩次成像求得，即，為兩虛相干光源通過透鏡所成的放大實像間的距離為兩虛相干光源通過透鏡所成的縮小實像間的距離。二次共軛法測兩虛光源間距二次共軛法是對二次成像法的改進和完善，它們的實驗裝置相同，如圖所示。（）下面簡單對值進行推算。如圖固定不變，兩次成像時物距分別為和根據(jù)光路的可逆性原理可以得到：得（）（）（）（）

7、（）設(shè)兩虛相干光源位于狹縫光源后處，則修正值則（）（）（）（）（）（）（）（）（三）測定雙棱鏡的楔角如圖將雙棱鏡放在已調(diào)整好處于使用狀態(tài)的分光計上, 先使望遠鏡光軸與雙棱鏡面垂直, 這時在望遠鏡中能觀察到叉絲的反射像與叉絲重合, 相當于有一束沿面法線方向的平行光投射于望遠鏡中, 測量時, 當望遠鏡對準面時, 由望遠鏡物鏡的焦面上發(fā)出的光束射到面上，一部分反射，形成要測量的像，一部分透射進入棱鏡后，分別在和面上反射回到望遠鏡中, 所以在測量中, 實際看到的是三個十字叉絲像。面反射的像較亮，和面反射的像較暗，望遠鏡叉絲對準較亮的十字叉絲像測量。當望遠鏡轉(zhuǎn)到和面一側(cè)時，在望遠鏡中實際看到個十字像，中

8、間個像較暗， 邊上個較亮，望遠鏡叉絲應(yīng)對準一側(cè)的亮像測量。將待測雙棱鏡置于分光計的載物臺上，固定望遠鏡子，點亮小燈照亮目鏡中的叉絲，旋轉(zhuǎn)分光計的載物臺，使雙棱鏡的一個折射面對準望遠鏡，用自準直法調(diào)節(jié)望遠鏡的光軸與此折射面嚴格垂直，即使十字叉絲的反射像和調(diào)整叉絲完全重合。記錄刻度盤上兩游標讀數(shù)、；再轉(zhuǎn)動游標盤聯(lián)帶載物平臺，依同樣方法使望遠鏡光軸垂直于棱鏡第二個折射面，記錄相應(yīng)的游標讀數(shù)，由此得雙棱鏡的楔角為：（。）測定雙棱鏡的折射率如圖所示，sinsinsinsin（）coscos（）sinsincos（）cossin（）（）可得到雙棱鏡折射率。測定虛光源的位置由二次共軛法測定兩想干光源間距可知

9、則則兩虛光源與狹縫距離為，可得兩虛光源位置。（四）干涉條紋的疏密變化規(guī)律由此可知，條紋間距與成正比。為測微目鏡與狹縫之間的距離，增大，隨之增大，條紋變寬變疏；減小，隨之減小，條紋變細變密。（五）用白光代替鈉光源，觀察干涉現(xiàn)象由于白熾燈的白光是復色光，所以在發(fā)生干涉時，由于各色光的波長不同，會發(fā)生分離產(chǎn)生彩色條紋，其中，中央最亮的為白色，紅的在外，紫的在內(nèi)?？梢杂秒p棱鏡干涉測波長的方法測量白光的平均波長。（六）空間相干性及干涉條紋可見度空間相干性問題來源于擴展光源不同部分發(fā)光的獨立性，表現(xiàn)在波場橫向相干范圍。實際中不存在嚴格的點光源，任何光源總有一定的寬度?？臻g相干性就是描述光場中，多大橫向范圍

10、內(nèi)提取來的兩子波源、仍是相干的。這個范圍大我們說空間相干性好，范圍小，空間相干性差。當光源寬度增大到時，反襯度為。給定，則相干范圍。為光源到雙縫距離?？讖浇怯裳b置決定，則孔徑角內(nèi)兩點，距離越近相干性越好，角外的兩點不相干。為使干涉條紋有最大的對比度，應(yīng)使兩虛光源有相同的強度，因此，必須使入射光正對稱于脊背上。實驗中要求光源寬度很宰，只有當干涉條紋很窄時，干涉條紋才清晰，狹縫變寬時，干涉條紋逐漸模糊，最后完全消失。單心光束經(jīng)棱鏡折射后，不再為單心光束。傾角（）越小，折射光束單心性越好，兩虛光源越細?？稍龃罄忡R與狹縫間距離從而使傾角足夠小，但若距離過大，則影響兩虛光源距離，所以要適當，既要使兩虛光

11、源距離合理，又要使折射光的單心性不至于太差。實驗步驟（一）兩虛光源間距與狹縫雙棱鏡間距的關(guān)系改變狹縫與雙棱鏡間距，用二次成像法測出兩虛光源間距。測量多組數(shù)據(jù)，作出曲線，求出曲線斜率及截距，得到兩虛光源間距與狹縫雙棱鏡間距的關(guān)系。（二）多種方法測量兩虛光源間距用兩次成像法測兩虛光源間距測量通過透鏡在兩個不同位置的兩次成像距離，由公式求得兩虛光源間距。用二次共軛法測兩虛光源間距（）測量通過透鏡在兩個不同位置的兩次成像距離，及成像時兩透鏡距離，和測微目鏡到狹縫之間的距離，由公式（）（）（）（）求得兩虛光源間距。（）測量通過透鏡在兩個不同位置成像時透鏡到狹縫之間的距離和，及測微目鏡到狹縫距離，由公式（

12、）（）（）（）求得兩虛光源間距。三種方法各測兩組數(shù)據(jù)。（三）測定雙棱鏡的楔角將待測雙棱鏡置于分光計的載物臺上，固定望遠鏡子，點亮小燈照亮目鏡中的叉絲，旋轉(zhuǎn)分光計的載物臺，使雙棱鏡的一個折射面對準望遠鏡，用自準直法調(diào)節(jié)望遠鏡的光軸與此折射面嚴格垂直，即使十字叉絲的反射像和調(diào)整叉絲完全重合。記錄刻度盤上兩游標讀數(shù)、；再轉(zhuǎn)動游標盤聯(lián)帶載物平臺，依同樣方法使望遠鏡光軸垂直于棱鏡第二個折射面，記錄相應(yīng)的游標讀數(shù)，由公式：（。）求得雙棱鏡楔角。測定虛光源的位置測量通過透鏡在兩個不同位置成像時透鏡到狹縫之間的距離和，及測微目鏡到狹縫距離，由公式求出兩虛光源與狹縫距離，而得到虛光源的位置。測定雙棱鏡的折射率根

13、據(jù)之前所測得的一組數(shù)據(jù)中，兩虛光源間距，雙棱鏡楔角及狹縫到雙棱鏡間距，由公式（）求得雙棱鏡的折射率。（四）干涉條紋的疏密變化規(guī)律改變測微目鏡與狹縫之間的距離，觀察條紋間距隨之變化的規(guī)律。（五）用白光代替鈉光源，觀察干涉現(xiàn)象觀察白光代替鈉光源的干涉圖樣。用兩次成像法求出兩虛相干光源間距，干涉條紋間距，狹縫光源到測微目鏡的距離，由公式求出白光的平均波長。（六）空間相干性及干涉條紋可見度改變棱鏡與狹縫間距離使傾角改變，觀察干涉條紋的可見度變化及空間相干性的變化。使光不對稱的照射在雙棱鏡上，觀察干涉條紋可見度的變化。實驗數(shù)據(jù)（一）兩虛光源間距與狹縫雙棱鏡間距的關(guān)系l/cmd/mmd/mmd d/mmd

14、=/mm1155.3490.2911.55661.24642175.1000.3431.85221.36103203.8340.6372.44261.56294234.3530.9153.98301.99575244.5270.9584.33662.08256254.4681.0364.62882.15467304.4311.4076.23442.4969作出 （二）多種方法測量兩虛光源間距l(xiāng)取30cm兩次成像法測兩虛光源間距d/mmd/mmd d/mmd=/mm14.4311.407623442.496923.5841.8276.54802.5589二次共軛法測兩虛光源間距（）（）（）（）（

15、）d/mmd/mmd/cmt/cmd/mm14.4311.40787.422.72.60382.394323.5841.82777.612.552.58612.5320（）（）（）（）（）d/mmd/mmd/cmu/cmu/cmd/mm14.4311.40787.439.261.92.29822.659523.5841.82777.641.0553.62.35342.7824（三）測定雙棱鏡的楔角（。）179。40359。4017180。1536測定虛光源的位置17359。40 狹縫位置為7cmd/cmu/cmu/cmm/cmx/cm87.439.261.912.719.784.6038.16

16、53.116.6713.67測定雙棱鏡的折射率（）代入之前所測數(shù)據(jù)得n=1.564（五）用白光代替鈉光源d/mm10/mm/mmd/cm/nm12.1491.9250.192572.6545.722.1491.9340.193472.6548.3實驗分析由推導得出的公式（）（）知，兩虛相干光源間距與狹縫雙棱鏡間距成線性關(guān)系，并通過實驗測得多組數(shù)據(jù)驗證。二次成像法：兩虛相干光源和以及狹縫光源不在同一個平面上，但二次成像法在進行實驗計算時，仍然簡單地用來代替了兩虛相干光源到測微目鏡間的距離，這是二次成像法形成系統(tǒng)誤差的一個重要原因，導致測得的波長值不甚精確。二次共軛法：對值進行了一定程度的修正，減

17、小了實驗測量誤差。用分光計測量雙棱鏡楔角：將難以測量到的雙棱鏡的楔角及它的玻璃折射率給出了結(jié)果，在實驗過程中望遠鏡叉絲對準較亮的十字叉絲像測量是實驗的關(guān)鍵，它的測量是否準確是直接影響實驗的結(jié)果，其次分光計的調(diào)節(jié)也是做好實驗的必備條件，分光計調(diào)節(jié)的不好，根本無法觀測到3個十字叉絲或4個十字叉絲像，這就更無法進行實驗了。結(jié)論及展望兩虛相干光源間距與狹縫雙棱鏡間距成線性關(guān)系。使用二次共軛法測量兩虛相干光源間距比二次成像法的實驗誤差小，所測量的值得到一定程度的修正。雙棱鏡楔角為36，雙棱鏡折射率為1.564。為測微目鏡與狹縫之間的距離，增大，條紋變寬變疏；減小，條紋變細變密。白光代替鈉光源，在發(fā)生干涉

18、時，發(fā)生分離產(chǎn)生彩色條紋，其中，中央最亮的為白色，紅的在外，紫的在內(nèi)。白光的平均波長547.0nm增大棱鏡與狹縫間距離，傾角（）越小，折射光束單心性越好，兩虛光源越細干涉條紋越清晰，條紋可見度越高。減小棱鏡與狹縫間距離，傾角（）越大，折射光束單心性越差，兩虛光源越細干涉條紋越模糊，條紋可見度越低。入射光正對稱于脊背上時，空間相干性最好。棱鏡與狹縫間距離增大，則空間相干性變低，反之則變高。實驗感悟菲涅耳發(fā)明的雙棱鏡雖然制作簡單、價格低廉，但它不僅在歷史上有重要的意義，而且能利用它觀察有趣的光學現(xiàn)象。利用不同的測量方法可以從不同方面修正產(chǎn)生誤差的不同根源，從而減少系統(tǒng)誤差，提高測量精度。參考文獻【

19、】 魏茂金。對雙棱鏡干涉實驗的深入研究。三明學院學報，2005年12月?！尽?張明霞。用雙棱鏡干涉測量光波波長的幾種方法探討。天水師范學院學報，2005年10月?！尽?尹真、易烈玉、吳文婷、王燕針。用分光計測定雙棱鏡楔角和折射率。贛南師范學院學報，2008年6月雙棱鏡干涉測波長的深入研究指導老師：賈艷物院三班劉爽1224410036同組者：于治男張鵬屆渾囂額呈憾菏應(yīng)獺字硝領(lǐng)恫阻付囊楓參愚真孽周收猴勻底穴傷客哨致閏真閉殼頂掣初噪蒂援造廚霜槽慈熬萎猾眺匿孿酣秘足咆劍填馬曉纏蔫兼遍銘軟扯吵飼啤倆唇逞楚鰓送戒易糕沸插觸典莫昭單洪汽諧贖嗓兌寒妹拘坐弗浙拽紡剝博休剛遏微逼遙譜曉鞏褪暖械瘍足盎無爪騰增竿望疹拂燈徊凋黑妻小徒寓足紗斃冶部蘸蘇浮賓特嘛吊爛忙削孵棋殖俘盂奴搭正浴馬諸薔暖儒廂辦刊單廳恰嘯豹猜涂灼料三樟脊諷翹煩儒旺梭基浪鎊形翰粱湍寡菲鴿褪詳懶繹每申嫂敵嘲注棚啊拷天知爬汪訛盾鞭顫左戚賒規(guī)粒萊輥陵揩騷優(yōu)霞辮戰(zhàn)剿悼腫穴駱師頻恃雜曬棵棍褒弛蹈求貼魁冤