用雙光柵Lau效應測量平板玻璃的折射率講義68848

1、用雙光柵lau效應測量平板玻璃的折射率實驗目的：1. 了解并掌握雙光柵lau效應的基本原理。2. 學會利用雙光柵lau效應法測量平板玻璃的折射率。 實驗原理：1948年法國科學家e.lau在talbot自成像效應理論的基礎上提出了雙光柵 lau效應，即用擴展光源照明兩個相互平行且有一定間距的相同光柵，在無窮遠 處可以看到平行干涉條紋的效應。根據(jù)lau效應（原理簡圖如圖1）,使用衍射光柵的基本特性可以得到如下 結果，當光柵間距zo =m2/22時，其中，k=l, 2, 3,a為光柵常數(shù)，a為入射光波2,在第二個光柵后無窮遠處可以獲得最清晰的干涉條紋。圖1 lau效應原理簡圖當擴展光源的平行光垂直

2、入射到第一個光柵（光柵刻線與平行光管狹縫平 行），在望遠鏡視場中可見幾條衍射像。逐漸加寬平行光管的狹縫，視場中的亮 線逐漸展寬，成為幾個亮帶，如圖2 （a）所示。這時放置第二個光柵（兩光柵 的刻線要平行），調整兩個光柵的間距，當兩光柵間距為（人2/2幾）的整數(shù)倍 時，在視場中第一個光柵的亮帶內都會出現(xiàn)干涉條紋，如圖2 （b）所示。如果在lau效應的光路結構中，在雙光柵之間插入透明的平板玻璃，可以證 明當旋轉平板玻璃吋，lau效應產(chǎn)牛的干涉條紋將會隨之移動。根據(jù)lau效應和光柵成像原理，將厚度為d、折射率為刃的標準平板玻璃樣品置于載物臺上， 且入射光線垂直于樣品，轉動平板玻璃樣品，出射光線橫向位

3、移q與入射角/關 系為：d = 6/sinz 1-l-sin2/77 -sin z丫/2丿(1)d - ms(.9 1 -sin" i1/2"1-2 2 n -sm 1)7t/sinz-(4)圖2 (a)狹縫對第一光柵的衍射像圖2 (b)望遠鏡視場內看到的lau效應其中為樣品折射率。隨著載物臺的轉動，望遠鏡視場中的條紋發(fā)生移動,移動的距離為丄。(/為望遠鏡物鏡焦距)。干涉條紋間距為s,當相對于望遠鏡十字叉絲移動刃個條紋吋(建議在本實驗中移動10條)，有：(2)(3)由(1)(3)可得:換上待測樣品(厚度為d八折射率為如)，同樣操作，入射角度為槊遠鏡視場中干涉條紋也移動m條，

4、與標準樣品的參數(shù)關系式(4)比較可得：d； cos2 i< d、sin 片 + d sin i利用公式，帶入?yún)?shù)即可計算出待測樣品的折射率。 實驗儀器：光柵兩塊（光柵常數(shù)相同,20條/mm ）,鈉光燈（2 =589.3nm ）,分光計（極限誤差±1'）,標準樣品一塊（ = 1.5163）,待測樣品一塊，直尺，力向節(jié)四只，鐵板-塊，支桿若干。實驗基礎內容：1根據(jù)lau效應實驗原理組裝利用分光計平臺測量平板玻璃樣品折射率的實驗 裝置。建議：曲于空間的限制，z（）的范圍為68cm.2采用比較法測量樣品折射率（標準樣品一塊；待測樣品一塊）。（1）測量載物臺上放置標準樣品時亮條紋

5、移動10條時的入射角測量3次。 即記錄樣詁與光柵平行放置的起始位置和旋轉樣詁移動10條條紋后的終點位置 的角度刻度，毎次都應讀取刻度盤相對兩邊的讀數(shù)以減小偏心差。（2）測量待測樣品的入射角，測量3次，測量方法與標準樣品一致。（3）計算待測樣品的折射率。3測量結果誤差分析。定性分析實驗過程屮各個操作步驟可能帶來的誤差及其對結果的影響。實驗步驟：1. 調整好分光計，即達到： 平行光管發(fā)出平行光； 望遠鏡對平行光聚焦（即接收平行光）； 望遠鏡、平行光管的光軸垂直儀器公共軸。 平臺而垂直丁儀器公共軸2. 打開鈉光燈，3-5分鐘后亮度止常；將鈉光燈源、平行光管、望遠鏡調整在 一條直線上；這時在阿貝目鏡中

6、應看到清晰的分化板和狹縫像，且狹縫像處 于分劃板的屮央。3. 將兩光柵垂直置于光路中，位置在載物平臺的正上方，兩光柵間距建議距離 68厘米左右；目視兩光柵基本平行4. 將狹縫逐漸開大，在目鏡視場中會看到條狀光柵的衍射像（0±1,±2）；柵狹 縫大小的選取。建議：在視場屮看到亮的條狀光柵的衍射像的寬度和暗條寬 度比在1:51:25. 調整萬向節(jié)上的方向旋鈕，使光柵刻線相互平行；直到在各級衍射像的背景 上出現(xiàn)平行等間距條紋6. 將標準樣品放入載物臺，記下起始讀數(shù)，轉動載物平臺，使衍射像背景上的 條紋移動10條，記下分光計轉盤讀數(shù)；重復三次，將數(shù)據(jù)填入表格7. 取下樣品，將待測樣品放入光路中，使待測樣品的表面垂直光路主光軸；8. 記下起始讀數(shù)，轉動載物平臺，使衍射像背景上的條紋移動10條，記下分 光計轉盤讀數(shù)；重復三次，將數(shù)據(jù)填入表格9. 計算待測樣品的折射率并進行誤差分析（要求定性分析實驗各部操作帶來的 誤差情況）。兩光柵間距（mm）：次數(shù)標準樣品（k9）待測樣品三次入射角（；）三次入射角（ii）123平均基本加強性教學實驗（選做）試推導本實驗結果的不確定度傳遞公式，注意可以認為待測樣品和標準樣品 的厚度都為標準值，用推導得到的公式分析實驗結果的不確定度。用本實驗的實驗方法，測量重火石玻璃樣品的折射率?；A研究性教學實驗（增選）結