双棱镜干涉
采用分波阵面的方法，可以获得相干光源，双棱镜颇具有代表性。虽然在激光出现之后，设法获得相干光源的工作已不如早期那样的重要，但双棱镜干涉在实验构思及装置调整等问题上仍然具有重要意义。
【实验目的】
1．了解双棱镜干涉装置及光路调整方法；
2．观察双棱镜干涉现象并用它测量光波波长；
3．利用CDD 成像系统观测双棱镜干涉条纹，学习对CCD 成像系统进行长度单位定标；
4．学习测微目镜的使用及测量。
【实验原理】
1．双棱镜干涉原理
双棱镜可看作是由两个折射棱角α 很小（小于1°）的直角棱镜底边相接而成。借助于双棱镜可使从光源S 发出的光的波阵面沿两个不同方向传播。相当于虚光源S 1及S 2发出的两束相干光。在两束光交迭空间的任何位置上将有干涉发生，在该区域内可以接受并观察到干涉条纹。
双棱镜干涉条纹间距的计算方法，与扬氏双缝干涉的计算方法相同。在图2中，若S 1和S 2发之间的距离为d ，S 至观察屏的距离为D （当用测微目镜代替屏进行观察时，则为S 至目镜的可动分划板间的距离），P o 为屏上与S 1及S 2等距离的点，在该点处两束光波的光程差也为零，因而两波相互加强而成零级的亮条纹。在P o 点的两边还排列着明暗相间的干涉条纹。
设S 1和S 2到屏上距P o 点的距离为x k 的P k 点的光程差为δ ，当D >> d 、D >> x 时，有
δ=x k d D （1）
根据相干条件，当光程差 δ 满足：
λD ，产生亮条纹； δ=±2k () 时，即在x =±k λ处（k = 0、1、2 …）2d
2d
这样，两相邻亮条纹的距离为
如果测得D ，d 及Δx 便可由（2）式求出 λ 值。
λD ，产生暗条纹。 δ=±(2k −1)() 时，即在x =±(2k −1) （k = 1、2…）Δx =x K +1−x K =D λ d （2）
2．测量两虚光源之间的距离 D 是两虚光源之间的距离，因而不能用直接的比较方法测得，但它们相当于两个发光点，它们之间的距离可用透镜成像的规律进行测量，常用的方法有物距像距法（略）和共轭法。
由图3可得，d 为两虚光源时间的距离。如果物屏与像屏的距离D 保持不变且大于4倍透镜焦距，移动辅助透镜，在屏上可获得一大、一小两次清晰的像（两个虚光源的像），分别用d 1和d 2代表两次成像时两虚光源的间距，则
d =d 1×d 2 （3）
【实验内容】
一．用CCD 做为观测工具
（一）双棱镜干涉
1．调节
（1）实验在光具座上进行，各光学元件及仪器可按图4放置，按同轴等高的要求调整各元
件；
要求：调节激光器至激光光束准直，调整扩束镜至出射光斑准直。
（2）利用观察屏，观察干涉条纹，调整棱镜至干涉条纹成垂直状态；
（3）缓慢调节观察屏与双棱镜间的距离，观察干涉条纹疏密程度的变化，找出变化规律，
并加以解释。
（4）借助辅助透镜，利用透镜共轭法成像原理，使两虚光源在CCD 上能成两次像（保证
扩束镜和双棱镜位置与拍摄干涉条纹时位置不变，why? ）；
要求：两次成像要清晰。如果光太强请考虑如何减小光强至拍摄到最佳的图像。
提醒：如果光路调整时不能用呈两次像从而不能用共轭法测定d 时，请选用物距像距法测
量d 。由于辅助透镜为一组透镜组，测量前请先给出该透镜的光心，要求给出光路图和计算公式。
2．测量
（1）用CCD 代替观察屏，调整双棱镜和CCD 之间的距离，至显示屏上能观察到清晰、垂
直的干涉条纹，拍摄此条纹并保存为bmp 格式；
（2）利用测量软件测量出干涉条纹间的间距（像素），测量三次；
（3）记录此时扩束镜及CCD 的所在位置，同时记录实验室提供各元件偏离轴心的修正值；
（4）利用透镜共轭法成像原理，使两虚光源在CCD 上能成两次清晰像，拍摄该清晰像，
保存格式为bmp 。
（5）利用测量软件测量出两虚光源像之间的距离（像素），测量三次；
（二）定标
利用软件所测的实验数据，其长度单位都为像素，在实际运用中需将像元换算成mm 单位。因此须通过定标求出1mm 所对应的像素；
1．利用透镜共轭成像原理测量定标系数 k （像素/mm）；
2．采用钠灯为光源，定标尺为一玻璃质地的毫米尺；
3．实验过程中保证CCD 与定标尺间距不变，仔细调节辅助透镜至显示器上能呈现出两次
清晰的标尺像；
4．利用软件测出两次标尺像宽度。根据透镜共轭成像原理狭缝实际缝宽，计算出1mm 所
对应的像素的平均值（狭缝像应取上、中和下三个部位取值）。
5．利用公式（2）计算出激光的波长。
一．用测微目镜做为观测工具
（一）双棱镜干涉
1．调节
（1）实验在光具座上进行，各光学元件及仪器可按图5放置。利用观察屏，按同轴等高的
要求调整各元件；
= 15 mm）、
3． 实验开始前，请仔细阅读实验室提供的微机使用方法。
【思考题】
1. 由于辅助透镜为一组透镜组，测量前请先给出该透镜的光心，要求给出光路图和计算
公式。
2. 实验过程中，你是如何判断虚光源的，为什么？
3. 利用测微目镜进行测量时你准备如何避免空回误差？
4. 利用激光为光源时，光源的确切位置在何处？你是如何测量D 的？请给出光路图？
5. 若实验时光源改成白炽灯，将会看到怎样的干涉条纹？请分析。
【附录】 测微目镜的使用
测微目镜是一种用来精确测量测定光学系统中实像上的微小线度的光学附件。由目镜、可动分划板与读数鼓轮连接的装置组成。
测微目镜附有测微螺旋装置，其测量范围为0 ~ 8 mm，刻度精度为0.01 mm，外形及视场如附图所示。通过连接套筒和固定螺丝，可将MCU-15型测微目镜方便地固定在通用的显微镜或望远镜的目镜筒上，以代替一般的目镜。
由附图20可看出，刻有十字叉丝和测量准线（双线）的可动分划板通过旋转读数鼓轮可以左右移动，刻有毫米标度的固定分划板可作为观测像或干涉条纹的接受屏，而目镜的作用是放大被观测的像（毫米标尺和准线随同放大）。
读数鼓轮每旋转一周，准线和叉丝交点移动1 mm，鼓轮上有100各分格，故每一分格对应准线移动0.01 mm（可估读至0.001 mm），准线和叉丝交点位置的毫米数由固定分划板上读出，毫米以下的位数由测微鼓轮读出。读数方式与螺旋测微仪同。
由于鼓轮的丝杆螺纹与螺母之间存在间隙，而读数又在鼓轮上进行，所以在每次测量过程中，螺旋应向同一方向旋转，不得中途反向，以避免空回误差。此外，被测物的线度方向必须刻度方向平行，否则也会引入系统误差。
使用时，应先调节目镜，看清叉丝，然后转动鼓轮，使叉丝的交点或双线与被测的像重合，便可得到一个读数，转动鼓轮，使叉丝的交点或刻线移到被测物象的另一端，又可得到一个读数，两个读数之差，即为被测物的长度。
双棱镜干涉
采用分波阵面的方法，可以获得相干光源，双棱镜颇具有代表性。虽然在激光出现之后，设法获得相干光源的工作已不如早期那样的重要，但双棱镜干涉在实验构思及装置调整等问题上仍然具有重要意义。
【实验目的】
1．了解双棱镜干涉装置及光路调整方法；
2．观察双棱镜干涉现象并用它测量光波波长；
3．利用CDD 成像系统观测双棱镜干涉条纹，学习对CCD 成像系统进行长度单位定标；
4．学习测微目镜的使用及测量。
【实验原理】
1．双棱镜干涉原理
双棱镜可看作是由两个折射棱角α 很小（小于1°）的直角棱镜底边相接而成。借助于双棱镜可使从光源S 发出的光的波阵面沿两个不同方向传播。相当于虚光源S 1及S 2发出的两束相干光。在两束光交迭空间的任何位置上将有干涉发生，在该区域内可以接受并观察到干涉条纹。
双棱镜干涉条纹间距的计算方法，与扬氏双缝干涉的计算方法相同。在图2中，若S 1和S 2发之间的距离为d ，S 至观察屏的距离为D （当用测微目镜代替屏进行观察时，则为S 至目镜的可动分划板间的距离），P o 为屏上与S 1及S 2等距离的点，在该点处两束光波的光程差也为零，因而两波相互加强而成零级的亮条纹。在P o 点的两边还排列着明暗相间的干涉条纹。
设S 1和S 2到屏上距P o 点的距离为x k 的P k 点的光程差为δ ，当D >> d 、D >> x 时，有
δ=x k d D （1）
根据相干条件，当光程差 δ 满足：
λD ，产生亮条纹； δ=±2k () 时，即在x =±k λ处（k = 0、1、2 …）2d
2d
这样，两相邻亮条纹的距离为
如果测得D ，d 及Δx 便可由（2）式求出 λ 值。
λD ，产生暗条纹。 δ=±(2k −1)() 时，即在x =±(2k −1) （k = 1、2…）Δx =x K +1−x K =D λ d （2）
2．测量两虚光源之间的距离 D 是两虚光源之间的距离，因而不能用直接的比较方法测得，但它们相当于两个发光点，它们之间的距离可用透镜成像的规律进行测量，常用的方法有物距像距法（略）和共轭法。
由图3可得，d 为两虚光源时间的距离。如果物屏与像屏的距离D 保持不变且大于4倍透镜焦距，移动辅助透镜，在屏上可获得一大、一小两次清晰的像（两个虚光源的像），分别用d 1和d 2代表两次成像时两虚光源的间距，则
d =d 1×d 2 （3）
【实验内容】
一．用CCD 做为观测工具
（一）双棱镜干涉
1．调节
（1）实验在光具座上进行，各光学元件及仪器可按图4放置，按同轴等高的要求调整各元
件；
要求：调节激光器至激光光束准直，调整扩束镜至出射光斑准直。
（2）利用观察屏，观察干涉条纹，调整棱镜至干涉条纹成垂直状态；
（3）缓慢调节观察屏与双棱镜间的距离，观察干涉条纹疏密程度的变化，找出变化规律，
并加以解释。
（4）借助辅助透镜，利用透镜共轭法成像原理，使两虚光源在CCD 上能成两次像（保证
扩束镜和双棱镜位置与拍摄干涉条纹时位置不变，why? ）；
要求：两次成像要清晰。如果光太强请考虑如何减小光强至拍摄到最佳的图像。
提醒：如果光路调整时不能用呈两次像从而不能用共轭法测定d 时，请选用物距像距法测
量d 。由于辅助透镜为一组透镜组，测量前请先给出该透镜的光心，要求给出光路图和计算公式。
2．测量
（1）用CCD 代替观察屏，调整双棱镜和CCD 之间的距离，至显示屏上能观察到清晰、垂
直的干涉条纹，拍摄此条纹并保存为bmp 格式；
（2）利用测量软件测量出干涉条纹间的间距（像素），测量三次；
（3）记录此时扩束镜及CCD 的所在位置，同时记录实验室提供各元件偏离轴心的修正值；
（4）利用透镜共轭法成像原理，使两虚光源在CCD 上能成两次清晰像，拍摄该清晰像，
保存格式为bmp 。
（5）利用测量软件测量出两虚光源像之间的距离（像素），测量三次；
（二）定标
利用软件所测的实验数据，其长度单位都为像素，在实际运用中需将像元换算成mm 单位。因此须通过定标求出1mm 所对应的像素；
1．利用透镜共轭成像原理测量定标系数 k （像素/mm）；
2．采用钠灯为光源，定标尺为一玻璃质地的毫米尺；
3．实验过程中保证CCD 与定标尺间距不变，仔细调节辅助透镜至显示器上能呈现出两次
清晰的标尺像；
4．利用软件测出两次标尺像宽度。根据透镜共轭成像原理狭缝实际缝宽，计算出1mm 所
对应的像素的平均值（狭缝像应取上、中和下三个部位取值）。
5．利用公式（2）计算出激光的波长。
一．用测微目镜做为观测工具
（一）双棱镜干涉
1．调节
（1）实验在光具座上进行，各光学元件及仪器可按图5放置。利用观察屏，按同轴等高的
要求调整各元件；
= 15 mm）、
3． 实验开始前，请仔细阅读实验室提供的微机使用方法。
【思考题】
1. 由于辅助透镜为一组透镜组，测量前请先给出该透镜的光心，要求给出光路图和计算
公式。
2. 实验过程中，你是如何判断虚光源的，为什么？
3. 利用测微目镜进行测量时你准备如何避免空回误差？
4. 利用激光为光源时，光源的确切位置在何处？你是如何测量D 的？请给出光路图？
5. 若实验时光源改成白炽灯，将会看到怎样的干涉条纹？请分析。
【附录】 测微目镜的使用
测微目镜是一种用来精确测量测定光学系统中实像上的微小线度的光学附件。由目镜、可动分划板与读数鼓轮连接的装置组成。
测微目镜附有测微螺旋装置，其测量范围为0 ~ 8 mm，刻度精度为0.01 mm，外形及视场如附图所示。通过连接套筒和固定螺丝，可将MCU-15型测微目镜方便地固定在通用的显微镜或望远镜的目镜筒上，以代替一般的目镜。
由附图20可看出，刻有十字叉丝和测量准线（双线）的可动分划板通过旋转读数鼓轮可以左右移动，刻有毫米标度的固定分划板可作为观测像或干涉条纹的接受屏，而目镜的作用是放大被观测的像（毫米标尺和准线随同放大）。
读数鼓轮每旋转一周，准线和叉丝交点移动1 mm，鼓轮上有100各分格，故每一分格对应准线移动0.01 mm（可估读至0.001 mm），准线和叉丝交点位置的毫米数由固定分划板上读出，毫米以下的位数由测微鼓轮读出。读数方式与螺旋测微仪同。
由于鼓轮的丝杆螺纹与螺母之间存在间隙，而读数又在鼓轮上进行，所以在每次测量过程中，螺旋应向同一方向旋转，不得中途反向，以避免空回误差。此外，被测物的线度方向必须刻度方向平行，否则也会引入系统误差。
使用时，应先调节目镜，看清叉丝，然后转动鼓轮，使叉丝的交点或双线与被测的像重合，便可得到一个读数，转动鼓轮，使叉丝的交点或刻线移到被测物象的另一端，又可得到一个读数，两个读数之差，即为被测物的长度。