菲涅耳双棱镜干涉实验指导书

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1、工程光学实验菲涅耳双棱镜干涉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a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S1和S2发出的一样。S1和S2构成两相干光源，在两光波的迭加区产

2、生干涉。a)图1双棱镜干涉原理图a 、从图1b看出，若棱镜的折射率为n，则两虚像S1、S2之间的距离（5-1）干涉条纹的间距（5-2）式中，l为光波的波长。对于玻璃材料的双棱镜有n=1.50，则（5-3）可得到（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：（5-5）和光源临界宽度：（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

3、值时，条纹定域在以下区域内:（5-7）-17-工程光学实验菲涅耳双棱镜干涉图2双棱镜干涉的几何关系图 [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，a=30'，n=1.50计算出b的数值。置狭缝宽度bt=b/4，调节棱镜的脊棱与狭缝方向平行，直到使得测微目镜视场里出现清晰的干涉条纹为止。增大或减小狭缝宽度，观察干涉条纹对比度的变化，并给予解释。图3双棱镜干涉实验装

4、置图1—白炽灯2—滤光片3—柱面镜4—狭缝5—双棱镜6—成象物镜7—测微目镜 2．测量干涉滤光片中心透射长λ0。由式（5-3）看出，为了测量λ0，需要在一定的精度范围测定d、l、l'与e值。(1)测定d值如图4所示，通常S1、S2和S并不在与图面垂直的同一平面内，而D和A又应从S1S2处测量才算准确。故测量d时，采用二次（共轭）成像法，即保持物像位置不变，移动成像物镜。当成像物镜6在第一个位置时，若从测微目镜中测得S1，S2的两个实像，之间的距离d1，据物像关系，则有（5-8）物镜6在第二个（共轭）位置成像时，

5、则有（5-9）由上两式可解出(5-10)实验时，对d值的测量不应少于三次，然后取其平均值。-17-工程光学实验菲涅耳双棱镜干涉图4二次（共轭）成象法测量d值(2)D的计算设物镜6从第一个位置移置至第二个（共轭）位置的位移量是C，则C=B－A，而D=l+l'=A+B，再与式（5-9）和（5-10）联立，消去A、B，可得到：（5-11）由各次测量C、d1、d2的值，计算相应的D，然后取其平均值。(3)测量条纹间距e用测微目镜测出10条以上明（或暗）条纹的宽度，计算出干涉条纹间距e。多次重复测量，取其平均值。(4)将

6、各值代入式（5-4）计算干涉滤光片中心透射波长λ0。[思考题]如果狭缝方向与脊棱稍不平行，就观察不到干涉条纹，为什么？-17-工程光学实验菲涅耳双棱镜干涉Experiment5UseofFresnel'sbiprismtodeterminetransmissionwavelengthofaninterferometricfilter[ExperimentalObjectives]1.ToobserveandstudytheinterferencephenomenonbyusingaFresnel'sbipris

7、m2.Todeterminethetransmissionwavelength(l0)ofaninterferometricfilter[ApparatusandSetup]Incandescentlamp,interferometricfilter,adjustableslit,cylindricallens,Fresnel'sbiprism,doubletimagingobjective,andmicrometereyepiece[ExperimentalPrinciple]AsshowninFig.1a,

8、theFresnel'sbiprismsystemconsistsoftwoidenticalprisms(biprism),whoserefractiveanglesareverysmall(normallyca5~30¢).Refractedbythebiprism,abeamfromapoint(orslit)lightsourceissplitintotwo.Itcanbese