劳埃德镜干涉测量激光波长.docxVIP

2019年辽宁省普通高等学校本科大学生物理实验竞赛 项目说明书参赛学校 大连交通大学 参赛题目 劳埃德镜干涉测量激光波长指导教师 辽宁省普通高等学校本科大学生物理实验竞赛组委会制 2019年4月 参赛题目 负责人姓名劳埃德镜干涉测量激光波长 出生年月专业 年级 一、设计原理与方法： 基本原理： 洛埃镜干涉属于典型的分波面双光束干涉实验，它既可以用来观测干涉条纹，又可 以验证半波损失。图1所示为洛埃镜干涉的原理，M是水平放置的反射镜，当一束与 反射镜M平行的激光照射到狭缝S上，S相当于是一个缝光源。一部分直接射到屏P上, 另一部分掠射（即入射角接近90。）到反射镜上，经反射镜上表面反射到达屏上，这两 部分光从同波前分出的，因此是相干光，将在两束光的重叠区域产生干涉，形成明暗相 间、等间距的干涉条纹. 图1 洛埃镜干涉光路图图 图1 洛埃镜干涉光路图 图2调整反射镜高度后的洛埃镜干涉光路图 根据光的干涉相关公式，可以推导出在屏幕上明条纹（或暗条纹）的间距满足: (1)A 20Ax 二 (1) d 其中为入射光的波长、d为单缝S与通过反射镜成的虚像S的间距，D为单缝S到 屏幕的垂直距离。 在实际实验的操作中，d的数值是很难直接进行测量的，通常借助凸透镜，利用二 次成像的原理来间接得到d的数值。在本项目中，我们利用微调升降平台，通过调节反 射镜的高度，避免了对d的测量，从而能够更为准确地得到如入射光的波长。 具体推导如下： 设反射平面镜下降4Z的距离，则虚光源下降2AZ,此时单缝S与虚光源S”的间距变 为d+24z。此时在屏幕上的缝间距变为： AD d + 2Az 联合公式（1）和（2）可得： 。2 Az 故故Z =X D Ax -Ax实验方法及步骤： .通过观察水平仪调节导轨水平。 .打开激光器，通过移动光屏，观察光屏上的点在一个位置保持不动，说明激光光线平 行于导轨。 .将上表面镀膜反射镜放在微调载物升降台，左右调整，使光屏出现双光源，保证双光 源等大等亮度且中间的狭缝不能超过3mm。为了后续操作消除回程差，应将载物台稍微 偏高一点，再利用微调鼓轮调节，将反射平面镜下降到合适位置。（在能够区分双光源 的调节下，越近越好，后续干涉条纹才能清晰，这一步非常关键）.将狭缝放在导轨上，调节狭缝的高度，使光屏上出现清晰的条纹。 .移去光屏，调节偏振片的高度，使光线穿过偏振片的中央，粗调测微目镜与其他元件 共轴登高。 .旋转偏振片，降低进入测微目镜中光的亮度。观察测微目镜，使视野中的光线不刺眼, 读出条纹间距Ax。在调节偏振片之前，一定不能直接观察，容易灼伤眼睛。 .将微调载物升降台向下调节Az,观察测微目镜，读出此时的条纹间距△（。 .根据公式计算激光波长。 二、实验仪器与装置： 实验所用到的仪器装置有： 激光器、水平仪、导轨及架具、单缝、微调载物升降台、表面镀膜反射镜、光屏、偏振 片、测微目镜激光器 单缝片上表面镀膜光屏 偏振片测微目镜 水平仪 本次实验仪器大多取自实验室已有仪器，激光器、导轨和观察屏使用“单缝衍射实 验”所用设备；测微目镜使用“杨氏模量的测定”实验中使用的测微装置；偏振片使用 “偏振光旋光实验”中的偏振片；在节约成本的同时提高了实验的可复制性及推广，方 便同学们在日后的实验中继续深入学习劳埃德镜，探究其中的实验原理。 三、数据测量与分析： 3.1数据测量： 在确定测微目镜视野内出现清晰稳定的条纹图样之后，选取较为清晰明显的10级条 纹进行测量；调节旋钮，使刻度线在被选取的最底层条纹之下一段距离，再向上回调刻 度线至最底层条纹正中央以消除回程差。逐级读取条纹中心位置。 微调升降台，使反射平面镜下降Az (0.1mm)的距离，在调节时要特别小心，保持 反射平面镜平行移动。观察测微目镜，确认依旧存在清晰可见的干涉条纹后，重复之前 条纹测量的步骤，测量平面镜下降后新的条纹间距△/。带入公式求出激光波长入。 原始实验数据记录如下： 1.条纹间距的测量：反射镜下降距离Az： 0.1mm次数x (mm) Ax = |xi+1 - Xj| x (mm) △ x= |x\+1 - x\| 1 4.428 0.311 4.512 0.260 2 4.117 4.252 3 3.788 0.319 3.968 0.280 4 3.469 3.688 5 3.167 0.302 3.415 0.276 6 2.865 3.139 7 2.563 0.320 2.863 0.271 8 2.243 2.592 9 1.933 0.299 2.323 0.274 10 1.634 2.049 平均值 0.3102 0.2722 2 .缝屏间距的测量: 次数 1 2 3 4 5 6 D(mm) 665.0 665.2 665.3 665.3