测量钠光波长的几种方法的分析和比较
本科生毕业论文测量钠光波长的几种方法的分析和比较
目录
摘要 (1)
关键词 (1)
Abstract (2)
Keywords. (2)
引言 (3)
1.菲涅耳双棱镜测量钠光波长 (3)
1.1仪器 (3)
1.2原理与装置 (3)
1.3数据记录 (4)
1.3.1测量y?及D (4)
1.3.2测量d（二次成像） (5)
1.3.3波长λ及误差 (6)
1.4结论分析 (6)
2.用透射光栅测量钠光波长 (6)
2.1仪器 . (6)
2.2原理与装置 (7)
2.3数据记录 (8)
2.3.1测量光栅常数d (9)
2.3.2测量钠光波长 (9)
3.结论 (10)
3.1比较 (10)
结束语 (10)
参考文献 (11)
致谢 (11)
测量钠光波长的几种方法的分析和比较
摘要：光广泛的应用于实际的生活之中，在许多实时的测量中得到应用。不同光照射，其波长是不相同的，所以光的波长的检测极其重要。本实验用透射光栅和用菲涅耳双棱镜测量钠光波长，并比较几种方法的优缺点，分析方法带来的误差及改进方法。
关键词：钠光光波；透射光栅;菲涅耳双棱镜；分析和比较。
Analysis and comparison of several methods measuring
wavelengths of sodium
Abstract:the light is widely applied in the actual life, has been applied in many real time measurement. Different light, the wavelength is not the same, so the wavelength of light detection is extremely important. This experiment using transmission grating and Fresnel biprism sodium measuring wavelengths of light, and compare the advantages and disadvantages of several methods, analysis method of error and improve the party.
Keywords: sodium light waves; Projection grating; Fresnel's biprism. Analysis and comparison.
测量钠光波长的几种方法的分析和比较
引言
光的衍射和干涉的应用是光学的一项重要研究内容，光的干涉与衍射是一种重要的测量手段，本实验采用比较分析的方法，运用菲涅耳双棱镜和投射光栅来进行实验。两种实验一方面可以对比所测量得到的钠光波长，一方面还可以分析比较该实验的测量误差，最终可以更精确测量钠光波长。
1． 菲涅尔双棱镜测量光波波长
1.1仪器
光具座 钠光灯 可调狭缝 双棱镜 测微目镜 凸透镜 1.2原理与装置
两列光波的频率相同、振动方向相同、相差恒定（或相同),则相遇时会在相遇的区域内产生干涉现象。
如图1所示，钠光灯照射可调狭缝S ，S 即为一线状光源，当发出的光照射到双棱镜AB 上时，形成了两束相干光，这两干涉光相当于是两虚光源S 1 S 2，由于这两束相干光来自同一光源，满足相干条件，相遇区域P 1 P 2内产生明暗相间的干涉条纹，且相邻明暗两条纹之间的间距相同。
用测微目镜
读出干涉条纹的间距y ?，在
光具座上读出虚光源到测微目镜的距离D ，用
二次成像的办法计算出两虚光源的距离d ，最后计算出所测光波波长λ为：
如图2所示，即为实验实物图，先应调节各元件达到共轴等高，打开钠光灯使其先预热4-5分钟之后开始调节各仪器，在测微目镜里能够看到清晰的条纹，在稍微放宽可调狭缝，使条纹最清晰， 然后固定可调狭缝和双棱镜的位置。
S 1
S 2
S
A B
P 1
P 2
O
y
?
D
d 图1 y d
?=D
λ
图3所示是实验时，在测微目镜里观察到的图像，能够看见明暗相间的干涉条纹。
1.3数据记录
1.3.1测量y ?及D
次数项目
y 1 mm y 2 mm |y 2- y 1| 10
1
2y y y -=
?
1 3.700 4.840 1.140 0.1140
2 3.710 4.850 1.114 0.1140
3 3.710
4.840 1.130
0.1130 4 3.720 4.850 1.130 0.1130 5
3.720
4.860
1.130
0.1130
由上述可以得到明暗条纹的间距
在标有刻度的光具座上读出 D
次数 1 2 3 4 5 D （cm ）
41.47
41.75
41.76
41.75
41.75
图3
图2
mm
n
y
y n
i i
1136.05
1130
.01130.01130.01140.01140.01
=++++=
=
?∑=()
()
mm
n n y y n i y 0002.011
=-?-?=
∑=?σmm y y y )0002.01136.0(±=±?=??σ
2d a
b
d =1d b
a d =
由上述可以得到虚光源到测微目镜的距离D
1.3.2测量d （二次成像法）
图4、图5即为二次成像法的实验原理图，在可调狭缝和双棱镜保持位置不变，在测微目镜的前面安装凸透镜，且各元件达到共轴等高，移动凸透镜和测微目镜找到最大像和最小像。由图4可
以得到放大像，而放大像之间的距离为d 1 ：由d/d 1=a/b 得到
（1） ，由图5可以得到缩小像，而缩小像的距离为d 2：由d/d 2=b/a 得到 （2）。由（1）、2）两式可以求出21d d d =。
放大像 mm 缩小像 mm
y 1 mm y 2 mm d 1=|y 2- y 1| /
1y mm /2
y mm
/1/
22y y d -=
1 3.610 4.950 1.340 2.310 5.680 3.370
2 3.930 5.310 1.380 2.280 5.750 3.470
3 3.720 5.130 1.410 2.340 5.760 3.420
4 3.830 5.190 1.360 2.300 5.750 3.450
5 3.660
5.010
1.350
2.330
5.720
3.390
cm n
y
D n
i i
75.415
75
.4175.4176.4175.4174.411
=++++=
=
∑=()
()
cm n n y y n
i D 00.011
=-?-?=
∑=σcm
D D D )00.075.41(±=±=σL
S 1
S 2
d
d 1
a
b 图5
L
S 1 S 2 d d 1
b
a 图4
mm
d d d d d d 011.0)(41)(412
2
21211=+?=σσσnm mm cm mm
y D
d 5.5881136.075.41163.2=?=
?=
λ0057
.0)()()(222=++?=?d
D y d D y σσσλσλ
nm 4.3)(=?=λ
σλσλ
λnm )4.35.588(±=±λσλ
所以 mm d d d 163.221==
由上述可以得到两虚光源的距离 mm d d d )011.0163.2(±=±=σ
1.3.3波长λ及误差
最后得到所测钠光灯的波长为：
1.4结论分析
上述实验可以测量出所测钠光灯的波长，而钠光灯的波长真实值为为589.3nm ，所以测量值和真实值存在着相当大的误差。误差的来源主要来自明暗条纹的间距的测量和虚光源的距离的测量以及目镜中所得到的干涉图像直线光与目镜重的准线不平行，略微有点偏角，会对读书造成难度，使读出的数据不准确。
mm
n
d
d n
i i
368.15
350
.1360.1410.1380.1340.11
1=++++=
=
∑=()
()
mm
n n d d
n
i d 012.011
1
1
1
=--=
∑=σmm
n
d
d n
i i
420.35
390.3450.3420.3470.3370.31
2=++++=
=
∑=()
()
mm n n d d
n
i d 018.011
2
2
2
=--=
∑=σ
2.用透射光栅测量钠光波长
2.1 仪器
分光计 透射光栅 钠灯 汞灯 2.2 原理与装置
光的干涉和衍射现象是光的波动性的直接体现。当光源与观察屏都与衍射屏相距无限远时，衍射现象称为夫琅和费衍射。本实验采用投射光栅，利用夫琅和费衍射规律测量钠光波长。其装置图如图6，图7所示。 ,
图8是光栅衍射图，实验中，每一谱线与其衍射角及级次相对应，满足光栅方程：
κλθ=sin d ?????????????±±±=3210，，，
κ 式中λ是单色光的波长，θ是衍射光与光栅平面法线之间的夹角即衍射角，κ为谱线级次。光栅的透光部分（即狭缝）宽度为b ，不透光部分宽度为a ，则b a +=d 称为光栅常数。
由上式知，若已知光波波长，唉测出此光波的第κ级谱线的衍射角，就可以求出光栅常数d ;反之，若已知光栅常数d ,就可以通过侧未知波长的第κ级谱线的衍射角而求得该光波波长。
图6
图7 d P 0
L
θ D
2.3 数据记录
2.3.1测量光栅常数d
以汞灯做光源，汞的波长光谱线：紫色435.8nm ；绿线546.1nm ；黄线589.3 次数 —1级读数 +1级读数 衍射角θ 平均
左游标L1θ 右游标R1θ 左游标L1θ 右游标R2θ 黄 1 1399'? 33279'? 11913'? 43299'? 51010'''?
θ=80010'''?
黄 2 5299'? 03279'? 05116'? 2259'?
010'?
绿 1 1008'? 21280'? 15118'? 65298'?
54129'''? θ=02129'''?
绿 2 4100'? 02280'? 64118'? 64289'? 65029'''? 紫 1 3102'? 5282'? 2117'? 5297'? 54927'''?
θ=14927'''?
紫 2
1025'?
9282'?
0117'?
9296'?
73927'''?
衍射角θ=
()R1R2L1L24
1
θθθθ——+ 由κλθ=sin d 得：d=
θ
κλ
sin （ 1=κ） =
黄d ='''?800Sin10589.3nm
3393.64nm =
绿d ='''?0212Sin91.546nm
3308.75nm =
紫d ='
''?149278.435Sin nm
3338.80nm
2..
3.2 测量钠光谱谱线波长λ 光谱 1-=κ 1+=κ
衍射角θ 平均θ κ
θ
λsin d =
L1θ R1θ L1θ R2θ 黄
932'?
53182'?
20342'?
20161'?
650'?
450'?
582.38
黄
532'? 53182'? 54341'? 74161'? 250'?
测量的钠光波长为=λ582.38nm
2.4结论分析： 上述实验可以测量出所测钠光灯的波长，而钠光灯的波长真实值为为589.3nm ，所
以测量值和真实值存在着相当大的误差。误差的来源主要来自光栅光谱、绿十字像、调整叉丝没有做到三线合一读数时产生的误差分辨两条靠近的黄色谱线很困难，由此可能造成误差计算时数据取舍造成的误差计算器器本身精度问题.
3.结论：
终上所述，基础实验利用菲涅耳双棱镜和透射光栅测量所测光波波长虽然可以测量出光波波长，但是所测得的值与真实值不接近，误差很大。学生做此实验的时候往往花费的时间很多，但是却得不到与真实值相吻合的值。两种实验方法中，利用透射光栅测量钠光波长所得的实验值较接近真实值，实验准确性更高。
3.1比较
两种实验实验原理不相同，菲涅耳双棱镜利用光的干涉原理，而透射光栅利用光的衍射原理。
二次成像发虽然原理简单，但在实际实验中却出现很大的问题，用二次成像法测两相干光源的间距时常常找不到放大实像的情况，一般情况下只要能保证两虚相干光源到测微目镜之间的距离D 大于透镜焦距f的四倍，且透镜放置在双棱镜后面两个不同的位置则两虚相干光源经透镜会出现两次成实像的情况，由于相干光源的间距是毫米级的数量值，故在测量时对实验操作技能要求较高，实验经验不足者，很容易产生较大的误差。在学生进行实际实验操作中对光栅的调整不可能完全达到调整要求，这时再继续使用实验教材提供的测量方法就会产生误差入射光与光栅平面法线有水平夹角的情形，载物台不水平导致光栅平面有俯仰角的情况。
用双棱镜干涉测量光波波长是基础物理研究和教学中非常重要的一个实验，该实验的关键环节是测量两虚相干光源间的距离，大多数实验教科书中大都采用二次成像法测量两虚相干光源的间距。这种方法在实验教学中操作难度大，测量结果精度不高。其实验操作和数学推导过程从不同的路径反映了干涉产生的条件，对训练学生的实验技能、让学生透彻掌握用双棱镜干涉测光波波长的原理有着良好的教学效果，是对教科书中二次成像法的补充和进一步完善,这些方法各有优缺点，实验课教师可根据实验设备、实验环境、实验要求及实验人员的不同选择不同的实验方法。实践证明，这些方法对训练学生的实验技能、让学生彻底掌握用双棱镜干涉测光波波长的原理有着良好的教学效果。
在此实验中我用了两种方法来进行了对钠光波长的测量，并完成了实验，并在实验进行的过程中详细记录了实验过程中可能会对实验结果产生误差所带来的原因，并在实验中进行了验证，任何实验都是有基础实验演变而来，所以在实验中我们应注重基础实验的教法学法。系统误差的原因很多。利用不同的测量方法可以从不同方面修正产生误差的不同根源，从而减小系统误差，提高测量精度。
结束语
利用两种方法都能测量钠光波长，但实验测量值与真实值之间又有较大的误差，但利用透射光栅
测量所得值更接近于实验真实值。
参考文献
[1] 姚启钧．光学教程[M]．高等教育出版社，2008年6月：18—23．
[2] 楚雄师范学院物电系．普通物理实验（三）．楚雄师范学院物电系编．2013年3月：39—42；
47-49
[3] 杨述武．普通物理实验[M]．北京：高等教育出版社，2000年．
[4] 吴汉勇.田文杰.普通物理实验（光学）.云南大学出版社，2008年。
用透射光栅测量光波波长及角色散率(有实验数据)
实验七 用透射光栅测量光波波长及角色散率 一、 目的： 1 加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解； 2 掌握用透射关光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法。 3 测量光波波长。 二、 仪器及用具 分光计、透射光栅、汞灯。 三、 原理 1光栅衍射及光波波长的测定 由夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色光垂直入射至光栅上，满足光栅方程 λθk d =s i n （ ,3,2,1,0=k ） （1） 时，θ方向的光加强，其余方向的光几乎完全抵消。式中d 为光栅常数，θ为衍 射角。若已知λ，则可求d ；若已知d ，则可求λ。 2 光栅的角色散率 光栅在θ方向的角色散率为 θ λθsin d k D =??= （2） 测出d 及θ，可求出该方向的角色散率D 。 四、实验内容 1 仪器调节 分光计的调节，见实验三。载物台调水平后，使光栅平面与入射光垂直。 2 测光波波长、光栅常数、角色散率 以汞灯的绿谱线 A 75460?为已知，取1=k ，测该谱线左、右衍射光的角位置1T 、2T ，则衍射角212 1 T T -=θ,由（1）式可求光栅常数。 a) 绿光 ''014818±= θ 由（1）和（2）式可分别求得光栅常数和角色散率分别为
m d 510)002.0645.1(-?±= 1410)02.088.1(-?±=cm D b)紫光 ' _ 4115 =θ， '02=?- -θ， ''024115+= θ 由（1）和（2）式分别求得 A 4454360?±?=λ 1410)02.094.1(-?±=cm D b) 黄光 ''041121±= θ A )8.50.5774 (±=λ 1410)03.068.1(-?±=cm D
钠黄光双线波长差的测定与测定方案
【预定方案】 钠黄光双线波长差的测定方案 一．实验题目 钠黄光双线波长的测定方案 二．实验目的 1．进一步掌握迈克耳逊干涉仪的调节和使用方法． 2．加深对各种分振幅干涉图形的认识和理解． 3．测定钠光双线的波长差． 三．实验仪器 M—干涉仪、纳光灯、毛玻璃片(带格线)。 四．实验原理 （一）.实验意义及说明 低压钠灯因其光谱中的黄双线波长差小而强度特别大，常直接作为单色光源使用。但是在用迈克耳孙干涉仪测波长实验里，由于波长差约0.6mm的双线影响，在干涉仪可移动反射镜微动过程中，计量干涉条纹变化数目时，伴随着干涉条纹可见度的起伏，而时间相干性可表述为辐射场中某点在不同时刻发生的光扰动之间的相位相关性，常用相干长度来衡量。本实验应用迈克耳孙干涉仪对这两个课题做初步研究。 （二）.等倾干涉条纹的可见性周期性变化 低压钠灯发出的黄光包括两种波长相近的单色光(λ1=58965.930?，λ2= 5889.963?)。这两条光谱线是钠原子从3P态跃迁到3S态的辐射，用扩展的钠光灯照射迈克耳孙干涉仪得到的等倾干涉圆环是两种单色光分别产生的干涉图样的叠加。 若以d表示M1/、M2间距(参见迈克耳孙干涉仪原理图)，则当2d=kλ(k=0,1,2，…)时，环中心是亮的，而当2d= (2k+1) λ/2 (k=0,1,2,…)时，环中心是暗的，若继续移动M2，则当M1/，M2的间距增大到d1，且同时满足 2d1 = kλ1 (1) 2d1 =(k+1/2)λ2 (λ1>λ2)(2)
两个条件时，因为λ1和λ2相差不大，λ1的各级暗环恰好与λ2的各级亮环重合条纹的可见度几乎为0，难以分辨，继续移动反射镜，当M1/、M2间距增到d1时，又使λ1和λ2的各亮环重合，条纹又清晰可见，随着M2的继续移动，当M1/、M2间距d2满足 (4) (5) 时，条纹几乎消失.由（4）式减去（1）式，（5）式减去（2）。M1/、M2间距增加量△d 满足 （6） （7） 时，条纹的可见度出现上述一个周期的循环，式中△k 为干涉条纹级次的增加量。 由（7）减去（6）式的 （8) 由（6）式可得 △k=2△d/λ1 (9) 把（9）式代入8式的 △λ=λ1λ2/2△d=21λ/2△d （10） （其中21λ可为二波长平均值的平方） 六．实验步骤 1．等顷干涉条纹的调节 (1)在钠光灯前覆盖一片毛玻璃，即成扩展面光源。 (2)旋转粗调手轮，使M1、M2与分光板G 的距离大致相等。 (3)检查两个反射镜后的调节螺丝，使其松紧适当，两个微调拉簧螺丝取适中位置，留有双向调节余量。 (4)先后调节M1和M2镜后的螺丝，使分别由两个反射镜反射的毛玻璃格子像相互接近、重合，直到出现干涉条纹(若条纹很模糊，转动粗调手轮约半周即有改善。)，再用两个拉簧螺丝仔细地调节M2镜的方位，使干涉条纹变粗，曲率变大，把条纹的圆心调至视场中央，直到眼睛左右移动时环心处无明暗变化，M2与M1/即达到完全平行，出现清晰的等倾干涉条纹。 2．测量钠黄双线的波长差 ()2 1 2d k k λ =+?()1 22221d k k λ=++?+???? 2 2(1)d k λ?=?+ 212k λ λλλ?=-=?12d k λ?=?
用双缝干涉测量光的波长含答案
实验十五用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 1．理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器． 2．观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样． 3．掌握利用公式Δx＝l d λ测波长的方法． 二、实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx 与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ＝d·Δx/l. 三、实验器材 双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺． 附：测量头的构造及使用 如图1甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板的中心刻度对齐条纹的中心，如图乙，记下此时手轮上的读数．然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的刻度．两次读数之差就表示这两个亮条纹间的距离． 图1 实际测量时，要测出n条亮条纹(暗条纹)的宽度，设为a，那么Δx＝ a n－1 . 四、实验步骤 1．安装仪器 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示． 图2 (2)接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光．调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光 能沿轴线到达光屏．
(3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝相互平行． 2．观察与记录 (1)调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹． (2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹． (3)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a 1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n 条相邻的亮条纹中心对齐 时，记下手轮上的刻度数a 2，则相邻两条纹间的距离Δx ＝|a 1－a 2|n －1 . (4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长． 3．数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l ，由公式λ＝d l Δx 计算波长．重复测量、计算，求出波长的平均值． 五、误差分析 测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距Δx 测量不准，或双缝到屏的距离测不准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用多次测量取平均值的方法来减小误差． 六、注意事项 1．调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮． 2．放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上． 3．调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条纹间的距离． 4．不要直接测Δx ，要测多个亮条纹的间距再计算得Δx ，这样可以减小误差． 5．白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层． 记忆口诀 亮光源、滤光片，单缝双缝成一线； 遮光筒、测量头，中间有屏把像留； 单缝双缝平行放，共轴调整不能忘； 分划线、亮条纹，对齐平行测得准； n 条亮纹读尺数，相除可得邻间距； 缝距筒长记分明，波长公式要记清.
光栅衍射法测量光波长
光栅衍射法测量光波长数据处理参考 1.数据记录 表一 汞灯绿光衍射角的测量 次序 k θ 'k θ k -θ 'k -θ 1 230°3’ 50°0’ 268°27’ 88°25’ 2 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°24’ 3 230°2’ 50°0’ 268°26’ 88°23’ 4 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°24’ 5 230°3’ 49°58’ 268°27’ 88°24’ 6 230°2’ 49°59’ 268°28’ 88°25’ 7 230°2’ 49°59’ 268°27’ 88°25’ 8 230°3’ 49°59’ 268°28’ 88°23’ 注：极限误差0.017,2,1/300()m k d mm ?=?== 2、实验数据处理（数据计算要有过程，即计算公式、数值代入，有效数字的保留要正确） A 、对 k θ进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 k θ测量量进行检查，无坏值出现。 8 1 1230.048k ki i θθ===?∑ 0.0031k S θ= =? vp t =1.08 1.080.00310.0034k A vp u t S θ==?= 0.0098B u = == 0.010k u ===? B 、对 'k θ进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 'k θ 测量量进行检查，无坏值出现。 8 ''1 149.988k k i i θθ===?∑ ' 0.0038k S θ= = ? vp t =1.08 ' 1.080.00380.0041k A vp u t S θ==?= 0.0098B u = == '0.010k u ===? C 、对 k -进行数据处理: 根据肖维涅准则，对以 k θ-测量量进行检查，无坏值出现。
法布里—珀罗干涉仪测钠黄光双线波长差
法布里—珀罗干涉仪测钠黄光双线波长差一、实验目的: 1．观察多光束干涉的条纹特征。 2．学会用法布里—珀罗干涉仪的调整。 3．学会用法布里—珀罗干涉仪测量光波微小波长差。 二、实验仪器: 钠光灯、聚光镜、法珀干涉仪、观察望远镜 三、实验原理: 法布里—珀罗（简称F-P）干涉仪是由两块内表面镀有高反射膜（介质膜或金属膜）的相互平行的高平面镀玻璃板或石英板组成，在内表面之间形成多次反射以产生多光束之间的干涉。如图5-3-1所示，两外表面与内表面分别做成一小楔角，用以防止对内表面反射光的干扰。通常两板之间的间距可调，当两板之间隔做成固定式时，称为法布里—珀罗标准具。 图5-3-1法布里—珀罗干涉仪简图
若有一定光谱宽度的单色扩展光源发出的发散 光照明法布里—珀罗干涉仪，则在透镜L 2的焦面上将形成一系列细锐的等倾亮条纹，若透镜L 2的光轴和干涉仪的板面垂直 ，则在透镜焦面上形成一组同心圆亮条纹。通常，多光束情况下观察透射光条纹，条纹细而锐，波长差非常小的两条光谱线的同级条纹角半径稍有不同而能清晰地被分开，从而能直接进行测量。所以，F-P 干涉仪是一种高分辨率的光谱仪器，常用于研究谱线的精细结构。 设两套干涉条纹重叠时，两镜间距离为d1，对应波长 为λl 的级数为k ；对应波长为λ2的级数为k+n 级．改变两镜间距，当再次重叠时，间距为d2，对应λl 的级数为k+m 级；对应λ2的级数为k+m+n+1级. 由； d d ?≈?=-222 1122 12λλλλλ 当λl 的条纹夹在λ2的条纹正中时，对应λl 的条纹为k 级，对应λ2的条纹为k +n+1／2级．当再次夹在正中时，对应λl 的条纹为k +m 级，对应λ2的条纹为k +n+m +3／2级，则有 2dl= k λ，
激光波长测量l
一、引言 长久以来，人们都一直在进行着与光有关的研究以及应用。人类都还没有形成文明的时候，由于人类掌握了火源的获取，我们将火光用于照明。再在之后一两千年时间里，随着冶金技术的发展，制造玻璃的工艺的产生，以及人们对于光的反射和渐渐地一系列的简易的光学器件，如凹凸面镜、眼镜、透镜。然而还是没人知道管到底是什么。非常自然地，人开始对于光的本质产生了好奇。对光本质的研究道路是十分曲折的，我们走了很多的弯路，犯过错误。 我国古代对于一些光学现象就有详细记载。春秋战国时期，在墨翟（公元前468-376年）所著的《墨经》中就有关于光的直线传播和在镜面上的反射现象的记载。而目前为止可以考证的最早的关于光学的系统著作《光学》出自古希腊数学家、哲学家欧几里得（公元前330-275年）之手。而也就从这开始，我们终于对光学有了系统的研究。受限于研究手段，在之后的一千多年时间里，光的研究进度十分缓慢。 一直到进入被称为“科学的世纪”的十七世纪，光学理论研究终于迎来了飞跃。作为新哲学创立者之一的笛卡尔根据他的形而上学的观点系统地阐述他对于光本质地见解。其中他就认为光本质上就是一种压力，而这个力传播媒介就是完全弹性地、充满整个空间的以太，他解释说光之所以由颜色差异就是因为各色光所在媒介中粒子做转动运动时的速率不同。而几乎就是在同一时期，1621年斯涅尔（1591-1626年）从实验室中带来了著名的折射定律。二十六年后，费马（1601-1665年）提出了最小时间原理——光永远沿一条路线行进，并且是用时最短的路线，而后他在这个原理上假设不同介质对光的阻力就使其变为定律。而正是这两个定律将光学研究带入几何光学时代。在1666年牛顿用三棱镜进行了著名的色散实验，由此揭开了物质颜色之谜，说明了物质表现出不同的颜色是因为物质不同颜色反射率以及折射率不同。牛顿提出了光的“微粒说”，肯定了光的粒子性。而同时期的一个荷兰人惠更斯（1629-1695年）提出不同的观点。他认为光是一种波，在“以太”中传播。因为牛顿的影响力实在是太大了，他的波动假说并没有成为那个时代的主流。整个十八世纪，光学的发展近乎停滞。 但是随着干涉、衍射等波动现象的出现，光学又向物理光学阶段进发。1801年英国人托马斯·杨（1773-1829年）进行了“物理最美实验”之一的双缝干涉实验。杨用光源照射间距极小的两条缝，从而获得了来自同一波列的两束偏振光，产生明显的干涉现象。然后利用几何关系，计算光程差，最后人类第一次测出了光的波长。1807年杨在他的论文中详细记述了双缝干涉实验，写道“比较各次实验，看来空气中极红端的波的宽度约为三万六千分之一英寸。”他所测得的“波的宽度”与现代精确测量值近似相等。它证明了光是以波动形式存在，也就推翻了牛顿所想象的光颗粒，为波动说打下坚实的基础。这之后，一个法国人菲涅尔（1788-1827年）对惠更斯地理论进行了补充，提出惠更斯—菲涅尔原理，成功解释了光衍射现象。另一个法国人马吕斯（1775-1812年）发现了光的偏振现象。至此波动光学的研究已经基本完成。1845年，法拉第（1804-1891年）发现光的偏振面在强磁场下的旋转行为。而后麦克斯韦（1831-1879年）在提出他最著名的麦克斯韦方程之后，成功预言了光就是一种电磁波。德国人赫兹（1857-1894年）则是在实验上证明了电磁效应。至此，光学也就正式地步入了物理光学。1896年，洛伦兹（1853-1928年）创立电子论。同年塞曼（1865-1943年）发现了塞曼效应。基于干涉现象李普曼（1845-1921年）发明了照片重现彩色技术。物理光学整一个推动了物理学的发展，将光学与电磁学结合在了一起。 到了十九世纪末至二十世纪初，光学的研究深入道路光的发生以及光和物质相互作用的围观机制中，开始了量子光学时代。先是普朗克（1858-1947年）于1900年提出著名的黑
双棱镜干涉测钠光波长
北京航空航天大学基础物理实验 ------研究性实验 实验题目双棱镜干涉测钠光波长 一、摘要 法国科学家菲涅耳（Augustin J.Fresnel）在1826年进行的双棱镜实验证明了光的干涉现象的存在，它不借助光的衍射而形成分波面干涉，用毫米级的测量得到纳米级的精度，其物理思想、实验方法与测量技巧至今仍然值得我们学习。 二、实验原理 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且这两列光波的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域内，光强的分布不是均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零)，这种现象称为光的干涉。 菲涅尔镜双棱镜可以看作是由两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。若置单色光源S于双棱镜的正前方，则从S射来的光束通过双棱镜的折射后，变成两束相互重叠的光，这两束光放佛是从光源的两个虚像S1 和S2是两个相干光源，所以若在两
束光想重叠的区域内放置一屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。 菲涅耳利用如图1所示装置，获得了双光束的干涉现象．图中双棱镜B 是一个分割波前的分束器，它的外形结构如图2所示．将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角较小(一般小于1°). 当狭缝S 发出的光波投射到双棱镜B 上时，借助棱镜界面的两次折射，其波前便分割成两部分，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，就好像它们是由虚光源1S 和2S 发出的一样，故在两束光相互交叠区域内产生干涉．如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行，便可在光屏Q 上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹。 双棱镜的干涉条纹图 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(近似地在光源狭缝S 的平面内)至观察屏Q 的距离，且D d <<，任意两条相邻的亮（或暗）条纹间的距离为x ?，则实验所用光波波长λ可由下式表示：（根据形成明、暗条纹的条件，当光 程差为半波长的偶数倍时产生明条纹，当光程差为半波长的奇数倍时产生暗条纹） (1) 上式表明，只要测出d 、D 和x ?，就可算出光波波长。 三、实验仪器 双棱镜、可调狭缝、凸透镜、观察屏、光具座、测微目镜、钠光灯、白屏。 1、测微目镜简介 测微目镜（又名测微头）一般作为光学精密计量仪器的附件，也可以单独使用，主要用于测量微小长度。如图3()a 所示，测微目镜主要由目镜、分划板、读数鼓轮组 x D d ?=λ
物理实验研究性实验报告——钠黄光双线波长差的测量及其应用概要
研究型实验报告 院（系）名称机械工程及自动化学院专业名称机械工程及自动化 实验作者学生姓名学生学号第一作者王路明11071172 第二作者马天行11071160 第三作者吴宏宇11071167
钠黄光双线波长差的测量及其应用 王路明11071172 马天行11071160 吴宏宇11071167 摘要：迈克逊干涉仪是一种精密干涉仪，其测量结果可精确到与波长相比拟。本文从实验的原理和方法等方面对用此仪器精确测定钠黄双线差及钠的相干长度进行了讨论， 并用实验数据验证了理论值，达到了预期的效果。 关键词：迈克尔逊干涉仪，双线波长差，钠黄光，光程差，玻璃折射率， 一．实验基本要求 1．掌握迈克尔逊干涉仪的工作原理和结构，学会它的调整方法和技巧； 2．利用干涉条纹变化的特点测定光源波长； 3．了解光源的非单色性对干涉条纹的影响； 4．学会用迈克尔逊干涉仪测透明玻璃片折射率。 二．仪器简介 He 激光器、钠光灯、毛玻璃、扩束镜、千分尺、透明玻璃等迈克尔逊干涉仪、Ne 三．实验原理 迈克尔逊干涉仪是l883年美国物理学家迈克尔逊（A.A.Michelson）和莫雷（E.W.Morley）合作，为研究“以太漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。用它可以高度准确地测定微小长度、光的波长、透明体的折射率等。后人利用该仪器的原理，研究出了多种专用干涉仪，这
些干涉仪在近代物理和近代计量技术中被广泛应用。 1.波长差的测量 钠黄光中包含波长为λ1=589.6nm 和λ2=589.0nm 的两条黄谱线，当用它做光源时，两条谱线形成各自的干涉条纹，在视场中的两套干涉条纹相互叠加。由于波长不同，同级条纹之间会产生错位，当变化两束光的光程差时，干涉条纹的清晰度发生周期性变化 ()() L k I L I ?+=?101cos 1()() L k I L I ?+=?202cos 1 ? ?? ?? ???? ???+???? ????+=L k k L k I I 2cos 2cos 1221021k k k -=? 衬比度：?? ? ????=L k 2cos γ半周期：λ λ?≈ ?22 0L L ? γ 图1.钠黄光双线结构使干涉条纹的衬比度随ΔL 做周期性变化 在视场E 中心处λ 1 和λ2两种单色光干涉条纹相互叠加。若逐渐增大镜M1与M2的间距d ，当λ1得第k1级亮纹和的第k2级暗纹相重合时，叠加而成的干涉条纹清晰度最低，此时增大d ，条纹由逐渐清晰，直到光程差δ的改变达到 22112λ2 1 k λk 2d δ）（+=== （1） 时，叠加而成的干涉条纹再次变得模糊。可得 2112λ1m m λd d 2）（）（+==-（2） 则λ1和λ2的波长差为 Δd 2λλλ-λΔλ2 121= = （3） Δd=d2-d1 ，当λ1和λ2的波长差相差很小时，λ2 λλλλ2 121=+= (λ=589.3nm )， 则可得 d 22 21?=-=? λ λλλ （4）
实验二 用双棱镜干涉测钠光波长(05)
实验二用双棱镜干涉测钠光波长 [实验目的] 1、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； 2、学会用双棱镜测定光波波长。 [实验仪器] 双棱镜，可调狭缝，会聚透镜（f=20cm,Φ=35mm两片），测微目镜(JX8)，光具座(JZ-2)，滑块（5块）、滑块支架（5个）、白屏，钠光灯(Gp20Na)。 [实验原理] 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且这两列光波的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域内，光强的分布不是均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱（甚至可能为零），这种现象称为光的干涉。 菲涅耳利用图（一）所示装置，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，它的外形结构如图（二）所示，将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角A 较小（一般小于10）。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，就好像它们是由虚光源S1 和S2发出的一样，故在两束光相互 交叠区域P1P2内产生干涉。如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行，便可在白屏P上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹。
设d '代表两虚光源S 1和S 2间的距离，d 为虚光源所在的平面（近似地在光源狭缝S 的平面内）至观察屏P 的距离，且d '＜＜d ，干涉条纹宽度为x ?，则实验所用光波波长λ可由下式表示： x d d ?= ' λ…………………………① 上式表明，只要测出d '、d 和x ?，就可算出光波波长λ。这是一种光波波长的绝 对测量方法，通过使用简单的米尺和测微目镜，进行毫米量级的长度测量，便可推算出微米量级的光波波长。 由于干涉条纹宽度x ?很小，必须使用测微目镜进行测量。两虚光源间的距离d '，可用一已知焦距为f '的会聚透镜L ， 置于双棱镜与测微目镜之间，如图（三），由透镜 两次成像法求得。只要使测目镜到狭缝的距离d ＞4f ，，，前后移动透镜，就可以在L ， 的两个不同位置上从测微目镜中看到两光源S 1和S 2，其中之一组为放大的实像，另一组为缩小的实像。如果分别测得二放大像的间距d 1和二缩小像的间距d 2，则根据下式： 21'd d d =…………………………② 即可求得两虚光源之间的距离d ， 。 [实验内容] 1、 调节共轴 （1） 将单色光源M 、会聚透镜L 、狭缝S 、双棱镜AB 与测微目镜P ，按图 （一）所示次序放置在光具座上，用目视粗略地调整它们中心等高、共轴，并使双棱镜的底面与系统的光轴垂直，棱脊和狭缝的取向大体平行。 （2） 点亮光源M ，通过透镜照亮狭缝S ，用手执白屏在双棱镜后面检查： 经双棱镜折射后的光束，有否叠加区P 1P 2（应更亮些），叠加区能否进入测微目镜，当白屏移动时叠加区是否逐渐向左、右或上下偏移根据观测到的现象，作出判断，再进行必要的调节（共轴）。 2、 调节干涉条纹 （1） 减小狭缝宽度（以提高光源的空间相干性），一般情况下（在近处）可 从测微目镜观察到不太清晰的干涉条纹。若远一点观察不到干涉条纹，
钠黄光双线波长差的测定
钠黄光双线波长差的测定方案 一．实验题目 钠黄光双线波长的测定方案 二．实验目的 1．进一步掌握迈克耳逊干涉仪的调节和使用方法． 2．加深对各种分振幅干涉图形的认识和理解． 3．测定钠光双线的波长差． 三．实验仪器 M—干涉仪、纳光灯、毛玻璃片(带格线)。 四．实验原理 （一）.实验意义及说明 低压钠灯因其光谱中的黄双线波长差小而强度特别大，常直接作为单色光源使用。但是在用迈克耳孙干涉仪测波长实验里，由于波长差约0.6mm的双线影响，在干涉仪可移动反射镜微动过程中，计量干涉条纹变化数目时，伴随着干涉条纹可见度的起伏，而时间相干性可表述为辐射场中某点在不同时刻发生的光扰动之间的相位相关性，常用相干长度来衡量。本实验应用迈克耳孙干涉仪对这两个课题做初步研究。 （二）.等倾干涉条纹的可见性周期性变化 低压钠灯发出的黄光包括两种波长相近的单色光(λ1=58965.930?，λ2= 5889.963?)。这两条光谱线是钠原子从3P态跃迁到3S态的辐射，用扩展的钠光灯照射迈克耳孙干涉仪得到的等倾干涉圆环是两种单色光分别产生的干涉图样的叠加。 若以d表示M1/、M2间距(参见迈克耳孙干涉仪原理图)，则当2d=kλ(k=0,1,2，…)时，环中心是亮的，而当2d= (2k+1) λ/2 (k=0,1,2,…)时，环中心是暗的，若继续移动M2，则当M1/，M2的间距增大到d1，且同时满足 2d1 = kλ1 (1) 2d1 =(k+1/2)λ2 (λ1>λ2)(2) 两个条件时，因为λ1和λ2相差不大，λ1的各级暗环恰好与λ2的各级亮环重合
条纹的可见度几乎为0，难以分辨，继续移动反射镜，当M1/、M2间距增到d1时，又使λ1和λ2的各亮环重合，条纹又清晰可见，随着M2的继续移动，当M1/、M2间距d2满足 (4) (5) 时，条纹几乎消失.由（4）式减去（1）式，（5）式减去（2）。M1/、M2间距增加量△d 满足 （6） （7） 时，条纹的可见度出现上述一个周期的循环，式中△k 为干涉条纹级次的增加量。 由（7）减去（6）式的 （8) 由（6）式可得 △k=2△d/λ1 (9) 把（9）式代入8式的 △λ=λ1λ2/2△d=21λ/2△d （10） （其中21λ可为二波长平均值的平方） 六．实验步骤 1．等顷干涉条纹的调节 (1)在钠光灯前覆盖一片毛玻璃，即成扩展面光源。 (2)旋转粗调手轮，使M1、M2与分光板G 的距离大致相等。 (3)检查两个反射镜后的调节螺丝，使其松紧适当，两个微调拉簧螺丝取适中位置，留有双向调节余量。 (4)先后调节M1和M2镜后的螺丝，使分别由两个反射镜反射的毛玻璃格子像相互接近、重合，直到出现干涉条纹(若条纹很模糊，转动粗调手轮约半周即有改善。)，再用两个拉簧螺丝仔细地调节M2镜的方位，使干涉条纹变粗，曲率变大，把条纹的圆心调至视场中央，直到眼睛左右移动时环心处无明暗变化，M2与M1/即达到完全平行，出现清晰的等倾干涉条纹。 2．测量钠黄双线的波长差 (1)转动粗调手轮，使M2镜逐渐远离分划板，找到调纹变模糊位置，调好 ()2 1 2d k k λ =+?()1 22221d k k λ=++?+???? 2 2(1)d k λ?=?+2 12k λλλλ?=-= ?1 2d k λ?=?
钠灯中的黄双线波长测量
钠灯中的黄双线波长测量 【实验目的】 1. 进一步掌握迈克耳逊干涉仪的调节和使用方法． 2. 加深对各种分振幅干涉图形的认识和理解． 3. 利用等倾干涉条纹测定钠黄双线波长差 【实验仪器】 钠光灯，迈克尔逊干涉仪，氦-氖激光器，毛玻璃片。 【实验原理】 低压钠灯发出的黄光包括两种波长相近的单色光(λ1=58965.930?，λ2= 5889.963?)。这两条光谱线是钠原子从3P 态跃迁到3S 态的辐射，用扩展的钠光灯照射迈克耳孙干涉仪得到的等倾干涉圆环是两种单色光分别产生的干涉图样的叠加。 若以d 表示M1/、M2间距(参见迈克耳孙干涉仪原理图)，则当2d =k λ (k =0,1,2，…)时，环中心是亮的，而当2d = (2k +1) (k =0,1,2,…)时，环中心是暗的，若继续移动M2，则当M1/，M2的间距增大到d 1，且同时满足 21d = k 1λ （1） 21212λ??? ? ?+=k d （2） 两个条件时，因为λ1和λ2相差不大，λ1的各级暗环恰好与λ2的各级亮环重合条纹的可见度几乎为0，难以分辨，继续移动反射镜，当M1/、M2间距增到d1时，又使λ1和λ2的各亮环重合，条纹又清晰可见，随着M2的继续移动，当M1/、M2间距d2满足 (3) (4) 时，条纹几乎消失.由（4）式减去（1）式，（5）式减去（2）。M1/、M2间距增加量△d 满足 （5） ()21 2d k k λ=+?()122 221d k k λ=++?+????12d k λ?=?
（6） 时，条纹的可见度出现上述一个周期的循环，式中△k 为干涉条纹级次的增加量。 由（7）减去（6）式的（7) 由（6）式可得 △k=2△d/λ1 (8) 把（9）式代入8式的d d ?=?= ?22221λλλλ（9） 【实验内容】 1.仪器的调节 1 、活动反光镜；2、固定反光镜；3、固定螺钉；4、补偿板；5、分光板； 6、毛玻璃屏； 7、刻度轮； 8、刻度轮止动螺钉； 9、微量读数鼓轮； 10、 11、12、调节螺钉 用氦-氖激光调节迈克尔逊干涉仪使M 1与M 2垂直。 具体操作如下： 1）启动He-Ne 激光器，使He-Ne 激光束大致垂直于M 1，即调节He-Ne 激光器高低左右位置，使反射回来的光束按原路返回。 2）在毛玻璃屏6看到分别由M 1和M 2反射至屏的两排光点，每排三个光点，中间一个比较亮，旁边两个比较暗。调节M 1背面的两个螺丝钉，使两排光点一一重合，这时M 1与M 2大致互相垂直。 3）在He-Ne 激光器和迈克尔逊干涉仪之间加入扩束镜，让激光束汇聚形成点光源。这时在屏上就可看到同心圆干涉条纹。通过调节螺钉11，使圆心调整屏幕正中央。 4）转动手柄使M 2后移动，观察中心条纹冒出或缩进，转动微量读数鼓轮到条纹变得粗而清 2 2(1)d k λ?=?+2 12k λλλλ?=-=?
光的颜色和波长
光的颜色和波长 光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。 刀口尺也称作刀口直尺、刀口平尺等。光隙法是凭借人眼观察通过实际间隙的课件光隙量多少来判断间隙大小的一种基本方法。光隙法测量是将刀口尺置于被测实际线上并使刀口尺与实际线紧密接触，转动刀口直尺使其位置符合最小条件，然后观察刀口尺与被测线之间的最大光隙，此时的最大光隙即为直线度误差。当光隙值较大时，可用量块或塞尺测出其值。光隙值较小时，可通过标准光隙比较来估读光隙值大小。若间隙大于0.0025mm，则透光颜色为白光；间隙为0.001~0.002mm时，透光颜色为红光；间隙为0.001mm时，透光颜色为蓝光；刀平平尺与被测线间隙小于0.001mm时，透光颜色为紫光；刀口尺与被测线间隙小于0.0005mm时，则不透光。由此可以判断刀口尺的直线度误差。 光的颜色和它的波长 光的颜色是否可以看见是由它的波长决定的，光的波长是以纳米为单位的也说是十亿分之一米。发光二极管发出的光几乎都是一致的也就是说它几乎都是在一个波长，发出非常纯的颜色。以下是光的颜色和它的波长。 中红外线红光 4600nm-1600nm--不可见光 低红外线红光 1300nm-870nm--不可见光850nm-810nm-几乎不可见光 近红外线光 780nm-当直接观察时可看见一个非常暗淡的樱桃红色光 770nm-当直接观察时可看见一个深樱桃红色光 740nm-深樱桃红色光 红色光 700nm-深红色660nm-红色645nm-鲜红色630nm- 620nm-橙红 橙色光 615nm-红橙色光610nm-橙色光605nm-琥珀色光 黄色光 590nm-“钠“黄色585nm-黄色575nm-柠檬黄色/淡绿色 绿色 570nm-淡青绿色565nm-青绿色555nm-550nm-鲜绿色525nm-纯绿色蓝绿色（青） 505nm-青绿色/蓝绿色500nm-淡绿青色495nm-天蓝色 蓝色 475nm-天青蓝470nm-460nm-鲜亮蓝色450nm-纯蓝色 蓝紫色 444nm-深蓝色30nm-蓝紫色 紫色 405nm-纯紫色400nm-深紫色 近紫外线光 395nm-带微红的深紫色UV-A型紫外线光 370nm-几乎是不可见光，受木质玻璃滤光时显现出一个暗深紫色。 白光发光二极管有微黄色的到略带紫色的白光。白光发光二极管的色温范围有低至4000°K到12000°K。常见的白光发光二极管通常都是6500°-8000°K范围内。
光波波长测量
梧州学院实验论文 实验课程：近代物理实验 院别：信息与电子工程学院 专业：应用物理学 班级：12物理班 姓名：陈世杰 学号：201200603006 实验时间：2015.6.30
基于光波波长的测量及光栅特性的研究 【引言】 衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件，光栅衍射能产生亮度较大、间距较宽的均匀排列光谱，具有分辨本领较高的优点，因此光栅常作为精确测量光波长的一种光学器件。 【摘要】 在已知光栅常数时，利用光栅测量光波长的常用方法是光栅垂直法：将入射光垂直于平面光栅，即入射角i=0，在已知光栅常数的情况下测量衍射角，即可测得光波波长。已知波长求光栅常数。本实验希望通过观察光栅的衍射现象，研究光栅衍射的特点．测定光栅常数和汞黄光的波长．通过对光栅常数和波长的测量，了解光栅的分光作用，并加深对光的波动性的认识 【关键字】 光栅光波波长衍射角 【正文】 A:实验原理1：若以单色平行光垂直照射在光栅面上，则光束经光栅各缝衍射后将在透镜的焦平面上叠加，形成一系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论，衍射光谱中明条纹所对应的衍射角应满足下列条件： 式中d=a+b称为光栅常数（a为狭缝宽度，b为刻痕宽度，参见图2），k为光谱线的级数，?k为k级明条纹的衍射角，λ是入射光波长。该式称为光栅方程。 如果入射光为复色光，则由（1）式可以看出，光的波长λ不同，其衍射角也各不相同，于是复色光被分解，在中央k=0，?k=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，称为零级谱线。在零级谱线的两侧对称分布着k=1,2,3,…级
谱线，且同一级谱线按不同波长，依次从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱。 由光栅方程可看出，若已知光栅常数d，测出衍射明条纹的衍射角?k，即可求出光波的波长λ。反之，若已知λ，亦可求出光栅常数d。 实验原理2：将光栅方程（1）式对λ微分，可得光栅的角色散为角色散是光栅、棱镜等分光元件的重要参数，它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离。由式（2）可知，如果衍射时衍射角不大，则cos?近乎不变，光谱的角色散几乎与波长无关，即光谱随波长的分布比较均匀，这和棱镜的不均匀色散有明显的不同。 实验原理3：分辨本领是光栅的另一重要参数，它表征光栅分辨光谱线的能力。设波长λ为和λ+dλ的不同光波，经光栅衍射形成的两条谱线刚刚能被分开，则光栅分辨本领R为 根据瑞利判据，当一条谱线强度的极大值和另一条谱线强度的第一极小值重合时，则可认为该两条谱线刚能被分辨。由此可以推出 R=kN (4) 其中k 为光谱级数，N是光栅刻线的总数。 B:实验内容和步骤 1．调整分光计。调整望远镜使其能接收平行光，且其光轴与分光计的中心轴垂直；调整载物台平面水平且垂直于中心轴；调整平行光管发出平行光，且光轴与
实验：用双缝干涉测量光的波长试题(含答案)
实验：用双缝干涉测量光的波长试题(含答案) 一、实验：用双缝干涉测量光的波长实验题 1．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图所示. （1）以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置 B．干涉条纹与双缝垂直 C．干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关 D．干涉条纹间距与光的波长有关 以上几点中你认为正确的是______________. （2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图甲该读数为 _____________mm. （3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图所示.则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值____________实际值.（填“大于”、“小于”或“等于”） 2．（1）利用甲图所示装置研究光的某些现象，下列说法正确的是______。 A．若在光屏上得到的图样如（a）图所示，则光源和光屏间放置的是单缝挡板 B．若光源和光屏间放置的是双缝挡板，光源由红光换作蓝光后，图样的条纹宽度会变窄C．若光源和光屏间放置的是三棱镜，光源能发出红、绿、紫三色光，则红光最有可能照射不到光屏上
D．若光源和光屏间放置的是三棱镜，光源能发出红、绿、紫三色光，则紫光最有可能照射不到光屏上 （2）用双缝干涉测量某单色光的波长时，所得图样如乙图所示，调节仪器使分划板的中心刻线对准一条亮条纹A的中心，测量头卡尺的示数如丙图所示，其读数为______mm，移动手轮使分划板中心刻线对准另一条亮条纹B的中心，测量头卡尺的示数为18.6mm。已知双缝挡板与光屏间距为0.6m，双缝相距0.2mm，则所测单色光的波长为______m。 3．某同学用如图所示的实验装置测量光的波长。 (1)用某种单色光做实验时，在离双缝1.2m远的屏上，用测量头测量条纹的宽度：先将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第4条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示。图甲读数为__________mm，图乙读数为___________mm。已知两缝间的间距为0．3mm，由以上数据，可得该单色光的波长是_________m(结果保留2位有效数字)。 (2)若实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善方法有____________。 A．改用波长较短的光作为入射光 B．增大双缝到屏的距离 C．换窄一点的单缝 D．换间距为0.2mm的双缝 4．(1)在“单摆测重力加速度”实验中，测量周期时，秒表指针如图1所示，读数为_____秒
不同波长光线的颜色
色彩的本质是电磁波。电磁波由于波氏的不同诃分为通讯波.红外线.可见光.紫外线、X线.R线和宇宙线等。其中波K 为380-780NM的电磁波为可见光。町见光透过三棱镜町以呈现出红.橙、黄、绿、权盎、紫七种颜色组成的光谱。红色光波鼓匕640-780NM：紫色光波最短.380-430NM在真空中： M0E-7M 红光：7700- 6400 橙黄光：6400-5800 绿光:5800- 4950 蓝龊光：4950?4400 紫光：4400-4000 波长为380-780NM的电磁波为町见光。町见光透过三棱镜可以呈现出红、檢?黄、绿、青、蓝.紫七种濒色组成的光谱。红色光波最匕640-780NM：紫色光波最短，380—430NM： 上网搜索图片：连续光谱。 红640—780NM.橙640—610,黄610—530.绿505—525.蓝505—470.紫470—380。 红640—780NM 橙640—610NM 黄610—530NM 绿505—525NM 蓝505—470NM 紫470—380NM 肉眼看得见的是电磁波中很短的一段.从0.4-0.76微米这部分称为町见光。町见光经三棱镜分光后?成为一条由红、橙、黄、绿、Wx蓝.紫七种颜色组成的光带.这光带称为光谱。其中红光波长僉tC紫光波长城短?其它备色光的波长则依次介干其间。波长氏于红光的（＞0.76微米）有红外线有无线电波：波长短于紫色光的（＜0.4微米）有紫外线 可见光波长(4*10-7m—7*10-7ni) 光色 波长X (nm) 代表波长 红(Red) 7S0-630 700 橙
钠黄光双线波长差的测量.doc
钠黄光双线波长差的测量 摘要：介绍了利用迈克尔逊干涉仪测量钠黄光双线波长差的方法及测量过程中应该注意的 若干问题。 关键词：钠黄光，双线波差，迈克尔逊干涉仪 迈克尔逊干涉仪在近代物理学的发展和近代计量技术中起过重要作用。1883年迈克尔 逊和他的合作者莫雷曾经利用这种干涉仪完成了著名的迈克尔逊——莫雷“以太飘移”实验， 实验结果否定了以太理论，促进了相对论的建立；此后迈克尔逊用干涉仪研究了光源干涉条 纹可见度随光程差变幻的规律，并以此推断光谱线的精细结构。由于很多重要的贡献，迈克 尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。由于迈克尔逊干涉仪的测量精度很高（1051-?mm ）, 所以我们利用其优点，在本实验中对钠黄光双线波长差进行了较精确的测量。 1 实验原理 钠黄光中包含波长为λ1=589.6nm 和λ2=589.0nm 的两条黄谱线，当用它做光源时， 两条谱线形成各自的干涉条纹，在视场中的两套干涉条纹相互叠加。由于波长不同，同级条 纹之间会产生错位，当变化两束光的光程差时，干涉条纹的清晰度发生周期性变化。 图1 钠黄光双线波长差测量实验图 当M1与M2平行时，记，M1 M2=d ，则两束光在视场E 中心处的光程差为δ=2d ，对波长 λ的入射光，由光的干涉条件可知： 当δ=2d=k λ时，在视场E 中心处干涉加强； P
当δ=2d=（k + 2 1）λ 时，在视场E 中心处干涉减弱。 在视场E 中心处λ 1 和λ2两种单色光干涉条纹相互叠加。若逐渐增大M1与M2的间距d ， 当λ1得第k1级亮纹和的第k2级暗纹相重合时，叠加而成的干涉条纹清晰度最低，此时 22111λ21k λk 2d δ）（+=== （1） 增大d ，条纹由逐渐清晰，直到光程差δ的改变达到 22112λ2 1k λk 2d δ）（+=== （2） 时，叠加而成的干涉条纹再次变得模糊。式（2）减式（1）可得 2112λ1m m λd d 2）（）（ +==- 则λ1和λ2的波长差为 Δd 2λλλ-λΔλ2121= = （3） 则Δd=d2-d1 ，当λ1和λ2的波长差相差很小时，λ2λλλλ2121=+= (λ=589.3nm )，则由式（3）可得 d 2221?=-=?λλλλ （4） 如果已知Δd 和λ即可计算出两种波长λ1和λ2的波长差Δλ。 2 方法 （1） 以钠光为光源，使之照到毛玻璃屏上，形成均匀的扩束光源。在E 处沿EPM1的方 向进行观察。调节M2镜后的微调螺钉，使观察到的双影完全重合，使出现干涉圆形条纹。 （2） 调好圆形干涉条纹后，缓慢移动M1镜，使视场中心的可见度最小，记下M1镜的位 置d1，再沿原来方向移动M1镜，直到可见度最小，记下此时M1镜的位置d2，即得到 Δd=∣d2-d1∣。 （3） 按上述步骤重复五次，求的d ?代入式（4），计算出钠光的双线波长差λ?。 3 数据处理 实验中测得的数据如下表 n 1 2 3 4 5 6