23．JY--Ⅲ型激光综合仪
一．实验目的
1．光的干涉和衍射
a)观察激光通过单缝（丝），小圆孔（屏），双缝，牛顿环，光栅等元件时的干涉，衍射条纹。
b) 观察光栅的缺级现象。
c) 測定光栅常数。
2．偏振光的研究
a) 学会起偏与检偏。
b) 验证马吕斯定律。
c) 測定材料的BREWSTER角。
d) 用旋光管測定溶液浓度。
二．实验原理
1．根据惠更斯—菲涅尔原理，激光射在单缝上衍射图样是中央较宽的亮纹，两侧对称分布着明暗相间的条纹。
屏幕上形成暗纹的条件是：
φ d L a
a.sinφ=kλ (+k=1,2,3,----)
当φ很小时，得a=LKλ/d
根据夫琅和菲原理，当一束平行光照到光栅上时，发生衍射。衍射角φ满足（a+b）sinφ=kλ
k=1,2,3-----.时，各缝的子波叠加相长，呈亮纹。
K为小于(a+b)/λ的整数。
当φ很小时，SINφ=-d/L.其中L是光栅到屏幕的距离，d是第K级亮纹到中点的距离。
故光栅常数（a+b）=kLλ/d。
2．根据MAXWELL的电磁场理论，光是一种电磁波，当其入射两媒质介面时，反射光一般是部分偏振光。但如入射角的正切等于两媒质的相对折射率，则反射光为线偏振光，其振动方向垂直于入射面。而透射光仍为部分偏振光。 从检偏器射出的光强I=I0COS2α（马吕斯定律）。其中I0为入射的偏振光，α为两者偏振化方向的夹角。
三．实验操作：
主要仪器和元件：氦氖激光器（波长=6328A）、微安表（0-100-200）、2#：干涉镜架、
3#：普通玻璃片、 4#：有机玻璃片、 7#：平行玻璃片、8#：牛顿环（反射型）、 9#：衍射片架、 10#：单（双）缝片、 12#、13#：起（检）偏器、
14#：棱镜台、 15#：三棱镜、 16#：指示线架、 17#：旋光液体管、 18#：旋光管架、 19#：硅光电池、 20#电池架。
其他元件：1#：扩束镜架、5#：双棱镜、6#：涤纶膜夹、11#：金属片、21#：应力架。
a)
干涉与衍射：
1．放置仪器上的衍射片到屏幕的距离约2米左右。
2．调节电流至5mA左右使激光管处于最佳状态。
3．旋转片架上的旋钮，使激光束对准各单缝，屏幕上呈现清晰的衍射图样。
4．測量衍射片到屏幕的距离L
5．确定中央明纹之中点，用尺量出对应各K级的d值，，作d--K图，求出斜率Lλ/a,并祘得a。
6．观察单丝，圆孔，圆屏的衍射图样。
7．放置扩束透镜在激光管前，使有效发散光束照射到各元件上，观察屏幕上的各菲涅尔衍射图样。
8．用光栅替代单缝，观测衍射图样，
9．测量对应各级K的暗纹距离d.
10．计算光栅常数a+b=KLλ╱d.
11．计算应能看到的亮纹数，与实验结果比较，验证。
12．注意观察单缝与单丝衍射图样的区别。
13．注意观察光栅衍射的缺级现象。
14．观察正交光栅的衍射图样。
b)
偏振：
1．将一只装有偏振片和园刻度盘的片架插于一器面板顶端的插座上，作为检偏器。观察透过它的光强有无变化，从而判断该激光是否为偏振光。
2．一偏振片（连着固定指针）及其架置于板面另一插座上，作为起偏器。
3．将棱镜置于棱镜台中央，将台插入面板的园孔中，使激光照射在其磨光的面上。
如图：
棱镜
指针 起偏 激光管
园刻度盘
4．旋转棱镜台，使磨光面垂直于激光束，记录此时棱镜台刻度的读数。
5．同时转动起偏器，使从棱镜表面反射的光完全消失。此时的入射角既为BREWSTER角。
6．重复三次，求得入射角的平均值α，再由tgα=n21,算出玻璃的折射率。
7．在棱镜的磨沙面上附上一层均匀的水，并让激光照射，重复上述步骤，測出水的折射率。
8．旋转硅光电池的盒盖，使盖上小孔对准硅光电池，然后将其插入检偏齐之后的插座上。
如图：
硅光电池 检偏 起偏 激光管
V-A
9．将光电池的输出端与微安表相连，微安表置于100μA档。（注意正负极）
四．数据处理：
1．先固定起偏器的读数为另，再转动检偏器，使微安表读数为另，此时两偏振片之间夹角为90°，然后改变夹角α，每隔10°记一个微安表读数I。填入下表：
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α |
180°I0 |
170° |
160° |
150° |
140° |
130° |
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cosα |
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I |
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I0/I |
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α |
120° |
110° |
100° |
90° |
80° |
70° |
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cosα |
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I |
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I0/I |
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2. 验证吕斯定律
五．思考题：
1．所測量的量L，d是否都需要估算米尺最小刻度的下一位？
2．单缝和单丝衍射图样有哪些不同？为什么？
3．激光束如不是垂照光栅，图样将有哪些区别？为什么？
4．该实验中的牛顿环为什么要做成反射式的？
5．比较几个双缝衍射图样，试从图样变化判断a与b的变化。
六．注意事项：
1．激光管电源接头是高压电，注意安全。
2．激光束不可直射眼睛。
3．光学元件不可用手摸，不可用硬纸（布）擦灰。
4．由于激光管起动后功率会略`有波动，因而验证马吕斯定律放在最后做。
5．当激光只通过一片偏振片时，出射光较强，微安表不可用100μA档。
6．将糖溶液装入旋光管时，注意勿移动玻璃管盖。
王泽良编