杨氏双缝干涉实验
一、实验目的
1.观察杨氏双缝干涉现象并找出产生双缝干涉的条件和规律;
2.了解和掌握有关杨氏双缝干涉的公式;
3.掌握利用杨氏双缝干涉装置测量光源的波长。
二、实验仪器
1.He-Ne激光器 1个
2.凸透镜(f=50mm) 1个
3.二维调整架 2个
4.单面可调狭缝 1个
5.双缝 1个
6.白屏 1个
7.测微目镜 1个
8.读数显微镜架 1个
9.通用底座 6个
三、实验原理
杨氏双缝干涉实验是建立在两个点光源相互干涉的基础上,该实验以简单的装置和巧妙的构思来实现普通光源做干涉,它不仅是许多其它光学干涉装置的原型,在理论上还可以从中提出许多重要的概念和启发,无论从经典光学还是从现代光学的角度来看,杨氏双缝干涉实验都具有十分重要的意义。
根据干涉条件要求,两光源必须频率相同、振动方向相同,并具有一定的相位差。如图1所示实验装置,一束单光色光经过两个距离一定的狭缝传播出去,球面波经狭缝将产生次球面波,他们的频率相同、振动方向相同,并具有一定的相位差,符合干涉条件,将在一定距离处相遇形成叠加的波场,如是在距离双缝D处的光屏上产生叠加现象形成干涉图样。为提高干涉条纹的亮度,该实验装置中采用三个相互平行的狭缝,一个用来产生单色光S,另外两个(S1、S2)作为相隔一定距离d的双缝。
四、实验步骤
图2 杨氏双缝实验装置图
1)参照图2,将He-Ne激光器固定在光学平台上适当位置,调节He-Ne激光器的旋钮,使激光束与光学平台平行,将白屏放置在距He-Ne激光器较远的位置,且能被激光束照射到,标记此时激光光斑的位置;
2)在距He-Ne激光器约100mm的位置放置扩束镜,调节扩束镜的位置,使激光经过扩束镜后的光斑中心与步骤1)的光斑位置重合;
3)将单缝与双缝依次插入光路中,单缝距扩束镜约50mm,双缝适当靠近单缝,调节双缝,使单缝的高度与双缝中心高度相同,单缝与双缝平行;
4)移动白屏,观察屏幕上的干涉图样,直至白屏上的干涉条纹清晰可测为止,将白屏固定;
五、思考题
如何测量出He-Ne激光器的发光波长?如果有误差试分析原因。
例:用测微目镜代替白屏,调节,使测微目镜中能看到清晰的干涉条纹,测量出干涉图样的间距∆x,用米尺测出双缝到测微目镜叉丝分划板的距离D,本实验所用的双缝间距为0.02mm,缝宽为0.05mm;使用公式(7)计算出He-Ne激光器的发光波长。
注:测微目镜读数方法:先读目镜内刻度盘上读数,精度为1mm;再读手轮上读数,精度为0.01mm。部分手轮只有50个读数,精度为0.02mm。最终读数=刻度盘读数+手轮上读数。
五、注意事项
1.在动手调整之前,务必认真熟悉系统的结构及调整、使用方法,在使用光学元件时,手指不要触及光学元件表面;
请勿将激光射入人眼,以免造成伤害。