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(6)用二次成像法细调凸透镜与测微目镜等高共

发布时间:2019-11-06 点击数:

  斐涅耳双棱镜测波长---尝试要求 1.尝试沉点 (1)用尝试研究斐涅耳双棱镜并测定激光波 长; (2)熟练控制光的等高共轴调理手艺; (3)巩固用一元线性回归法处置尝试数据。 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试要求 2.预习要点 (1)正在波长的丈量公式(4-67)中,a、D、Dx别离具有 什么物理意义?现实的“屏”正在什么?a由什么 决定?现实丈量时,a和D用什么方式测得? (2)本尝试的等高共轴调理分为哪几步?调理次序可否 改变? (3)扩束镜的感化是把狭小的平行光束变为点光源发出 的球面波,这时虚光源的正在哪里?S和S 该当怎 样计较? (4)如何消弭测微目镜的空程误差? (5)若何用一元线性回归方式计较条纹间距Dx?自变量 若何拔取? 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试道理 1.一般道理 S1 a S0 S2 S1 aQ S2 P r1 N1 x r2 O N2 D D 图4-75 双棱镜光 图4-76 双棱镜光程差计较图 屏到如图的P点4距-的7离5距,。4离-令76,P,为则设屏由虚上S1光和的源S任2S发意1取出一S的点2的光,距线a分P,点别D的是为光虚从程光S1差源和是到S2: △L= r2- r1 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试道理 r12 ?D 2 ?( x? a 2 ) 2 r22 ?D 2 ?( x? a 2 ) 2 r22 ?r12 ?2ax ?L ? ax D ? ? k?k ? ?2k ? ?? 2 1 ?k ? ? 0,?1,?2?? 明纹 0,?1,?2?? 暗纹 x ? ???Da k? k ? ???(2k ? 1) D a ?k 2 ? ? 0,?1,?2 ?? 0,?1,?2 ?? 明纹 暗纹 ?x? D? a ?? a ?x D 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试道理 2.尝试方案 (1)光源的选择 由式(4-67)可见,当双棱镜取屏简直定当前,条纹的间距Dx取光源的波长l 成反比。也就是说,当用分歧波长的光入射双棱镜后,各波长发生的条纹 将彼此错位叠加。因而,为了获得清晰的条纹,本尝试必需利用单色光源, 如激光等。 (2)丈量方式 条纹间距Dx可间接用测微目镜测出。虚光源间距a用二次成像法测得:当连结物、屏位 置不变且间距D大于4f时,挪动透镜可正在其间两个成清晰的实像,一个是放 大像,一个是缩小像,设b为虚光源缩小像间距,b’为放大像间距,则两虚光源 的现实距离为,此中b和b 由测微目镜读出。同时按照两次成像的纪律,若别离 测出成缩小像和放大像时的物距S、S,则物到像屏之间距离(即虚光源到测微 目镜叉丝分划板之间距离)D=S+S。按照式(4-67),得波长取各丈量值之间 关系为 ? ? ?x bb? (4-68) (3)光构成 S ? S? 图4-77 双棱镜尝试光图本尝试的具体光安插如图4-77所示,S为半导体激光器,K 为扩束镜,B为双棱镜,P为偏振片,E为测微目镜。L是为测虚光源间距a所用 的凸透镜,透镜位于L1将使S1、S2正在目镜处成放大像,透镜位于L2虚 光源正在目镜处成缩小像。所有这些光学元件都放置正在光具座上,光具座上附有 米尺刻度,可读出各元件的。 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---仪器设备 1.尝试仪器 光具座,双棱镜,测微目镜,凸透镜,扩束镜,偏振片,半导体激光 器,白屏。 2.仪器引见 (1)测微目镜 (拜见4.8自组千里镜和长(宽)度的非接触丈量相关内 容) (2)偏振片 偏振片是一种对两个彼此垂曲振动的电矢量具有分歧接收本事的光学 器件。 (3)扩束镜 扩束镜现实上是一个焦距很短的凸透镜。它能够把狭小的激光束扩展 成正在必然立体角内的的球面光波。 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试内容 1.调理各元件等高共轴 B SK L1 L2 P E 图4-77 双棱镜尝试光图 具体调理包罗以下6步: (1)调理激光束平行于光具座(留意:此步是整个调理的根本,务必做细做好) 沿导轨挪动白屏,察看屏上激光光点的能否改变,响应调理激光标的目的,曲至正在整根导轨上 挪动白屏光阴点的均不再变化,至此激光光束取导轨平行。 (2)调双棱镜取光源共轴 将双棱镜插于横向可调支座长进行调理,使激光点打正在棱脊正中,此时双棱镜后面的白屏 上应察看到两个等亮并列的光点(这两个光点的质量对虚光源像距b及b 的丈量至关主要)。 此后将双棱镜置于距激光器约30cm的。 (3)粗调凸透镜取其他元件等高共轴 将凸透镜插于横向可调支座上,放正在双棱镜后面,调理透镜,使双光点穿过透镜的正核心。 (4)粗调测微目镜取其他元件等高共轴 将测微目镜放正在距双棱镜约70cm处,调理测微目镜,使光点穿过其通光核心。(:此时激 光尚未扩束,毫不答应测微目镜内的视场,以防激光灼伤眼睛。) (5)正在激光器取双棱镜之间距双棱镜20cm处放入扩束镜并进行调理,使激光穿过扩束镜。正在 测微目镜前放置偏振片,扭转偏振片使测微目镜内视场亮度适中(留意:正在此之前应先用白屏 正在偏振片后察看,使光点最暗)。 (6)用二次成像法细调凸透镜取测微目镜等高共轴 调理方式拜见3.2光学尝试准备学问中相关内容,要求调至虚光源大、小像的核心均取测微目镜 叉丝沉合。 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试内容 2.波长的丈量 (1)测条纹间距Dx——去掉透镜,持续丈量20个条纹的xi。 若是视场内条纹没有布满,可对测微目镜的程度略做调整; 视场太暗可扭转偏振片调亮。 (2)丈量虚光源缩小像间距b及透镜物距S。 提醒:测b时应正在鼓轮正反向前进时,各做一次丈量。 留意:① 不克不及改变扩束镜、双棱镜及测微目镜的;(为什么?) ② 用测微目镜读数时要消空程; (3)用上述同样方式丈量虚光源放大像间距b 及透镜物距S 。 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试内容 3.数据处置 (1)用一元线性回归法计较条纹间距Dx; (2)由公式计较激光波长l并取光源波长标称值对比求相对误差; (3)计较l的不确定度u(l)并给出最初成果表述。 提醒:① u(Dx)要考虑回归误差和仪器误差;u(b)、u(b)、u(S) 和 u(S) 均 应 考 虑 来 自 成 像 位 置 判 断 不 准 而 带 来 的 误 差 , 可 取 D(u)= D(u’)=0.5cm,; ② 为简单起见,略去S取b、S’取b’ 的相关系数,把它们均当做 丈量量处置。 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试内容 4. 设想性尝试(选做) 用双孔杨氏丈量光的波长。方式自拟。 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长--- 预习思虑题 预习思虑题 1.本尝试中察看到的条纹是什么外形?为什么?察看到的虚光 源像又是什么外形? 2.回覆预习要点(3)问题。 3.回覆预习要点(5)问题。 双棱镜 斐涅耳双棱镜测波长---尝试后思虑题 尝试后思虑题 1 . 已 知 透 镜 焦 距 f?20cm , 设 测 S 时 位 置 判 断 不 准 的 最 大 偏 差 D(S)=0.5mm,试计较由此惹起b丈量的最大相对误差是几多? (提醒:正在整个丈量过程中一直满脚D=S+S’ ?且?4 f) 2.扩束镜的焦距为f,若何计较S和S ?尝试中利用的是100倍的扩束 镜,又若何计较S和S ? 3.按照你的丈量数据,定量会商哪个(些)量的丈量对成果精确度 的影响最大?缘由何正在? 双棱镜 圆孔衍射尝试---尝试要求 1.尝试沉点 (1)用尝试研究圆孔衍射; (2)巩固光具座和光学元件的利用取根基调理方式; (3)准确利用测微目镜。 2.预习要点 (1)圆孔衍射构成的是什么外形的条纹?若何通过圆孔 衍射来丈量光的波长l(给出计较公式,圆孔的曲径 已事先测定)? (2)圆孔衍射图样的核心是亮斑仍是暗斑,为什么? (3)本尝试中偏振片有什么用?如何防止激光眼睛? 双棱镜 圆孔衍射尝试---尝试道理 按照波动学说,当光入射到圆孔上时,会发生衍射。正在孔的标准~ 10—103l时,衍射效应显著。其特征可由惠更斯—斐涅耳道理 处置。对平行光入射、平行光领受的圆孔夫琅和费衍射,衍射 图样是一组齐心圆,强度分布的极大、极小如表所示(参 见赵凯华、钟锡谋《光学》上册P226): 表中x=2pasinq /l,a是圆孔半径,q 是衍射角,l是光的波长。可见圆 孔衍射的绝大部门能量都集中正在0级衍射斑(爱里斑)内,很多 光学仪器的分辩本事恰是由此决定的。 双棱镜 圆孔衍射尝试---仪器设备 仪器设备 光具座,半导体激光器,凸透镜,组合衍射屏(圆孔,双孔等), 测微目镜,偏振片,白屏。 双棱镜 圆孔衍射尝试---尝试内容 1.等高共轴调理 参照4.15斐涅耳双棱镜测波长相关章节,做好激光源、圆孔衍射屏和测 微目镜的共轴调理。 2.察看衍射图样 将测微目镜由近及远向远离圆孔标的目的挪动,察看并记实衍射图样的变化。 留意:用测微目镜察看衍射图样前,必需插入并动弹偏振片使出射光减至最 弱,再按照察看需要恰当调整光强; 3.丈量激光波长 把测微目镜置于距衍射屏(圆孔)1~1.5m处,丈量并记实核心亮斑的曲径d 和衍射屏到察看屏的距离D(均只做单次丈量);已知圆孔曲径约为 0.5mm(精确值需用读数显微镜丈量)。 4.数据处置 (1)记实并论述当领受屏逐步远离时,圆孔衍射的察看成果; (2)由圆孔衍射的丈量数据计较激光波长,并取标称值进行对比。 不要求计较不确定度,但要给出准确的无效数字。 5.选做尝试 (1)操纵本尝试安拆测定细丝的曲径。 (2)研究圆孔的费涅耳衍射并用于测波长。要求见现场申明,方式自拟。 双棱镜 圆孔衍射尝试---预习思虑题 (1)圆孔衍射构成的是什么外形的条纹?若何通过圆孔衍 射来丈量光的波长?(给出计较公式,圆孔的曲径已事 先测定)? (2)圆孔衍射图样的核心是亮斑仍是暗斑,为什么? (3)本尝试中偏振片有什么用?如何防止激光眼睛? 双棱镜 圆孔衍射尝试---尝试后思虑题 1.已知地球取月球的距离约为L≈38万公里,按照瑞利判 据(当一个圆斑像的核心刚好落正在另一个圆斑像的一 级暗环上时,两个像方才可以或许分辩),用口径为 d=1m的天文千里镜能分辩月球概况两点的最小距离 DL是几多。可见光的平均波长取l=550 nm。 2.正在圆孔衍射中,只要当衍射屏到察看屏的距离脚够大 时,才能够按远场即夫琅和费衍射处置。澳门贵宾厅请你用斐涅 耳半波带理论,给出远场区的定量判据。(提醒:圆 孔夫琅和费衍射的核心为0级亮斑;而按斐涅耳半波 带理论,圆孔核心和边缘到衍射图样核心的光程差zz0≤l/2时,核心一直为0级亮斑。) 双棱镜 双棱镜

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