什么？竟然能用尺子量出激光波长｜正经玩
中科院物理所2020-11-01 04:07
什么？
竟然能用尺子量出激光波长
是物理所的特制尺子吗？
不是，就是普通的钢尺哦
实验器材
所标杯、钢尺、激光笔
实验过程
安全提示
实验中用到激光，使用时请注意安全
小朋友请在大人陪同下进行实验
将钢尺摆在桌子边缘，读出钢尺刻线之间的距离d，并测量出钢尺到光屏的距离D。
这是一张光路图
用激光笔照射钢尺边缘，调整入射光，使其与钢尺夹角较小，并能同时看到直射光线、反射光线和多级干涉条纹的光斑。这里需要提醒大家，光斑越小越容易测量哦。
干涉条纹
测量直射光线光斑与反射光线的光斑之间的距离d1，及反射光线的光斑与一级干涉条纹的光斑之间的距离d2。
测量中
使用公式
计算出光波波长。
原理解说
有一天老师让大家测量一张纸的厚度，而聪明的小明数了一百张纸，测出了总共的厚度，再将其除以一百就完成了老师的任务。当我们有一把钢尺的时候，能不能也像聪明的小明一样测出光波波长呢？当然是不行的，如此测量需要迈克尔孙干涉仪的帮助，我们今天使用的原理是光栅掠入射法。
透射光栅（不是今天的主角）
光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件，而钢尺上的刻度正好构成了一个光栅。当我们用激光照射钢尺的边缘时，一部分光直接照射至光屏上，另一部分照射至钢尺表面发生干涉。
光栅掠入射示意图
如图所示，设 A 和 B 为相邻两刻度，相距 d 。设入射光与钢尺夹角为 α ，出射光与钢尺夹角为 β 。由光学原理可知，当在相邻两刻度上的光程相差 k 倍波长λ 时，有光强极大值，此极大值称为 k 级条纹。有光栅方程：dcosα-dcosβ=kλ。
当k=0时，α=β入射角等于反射角，为几何反射光。
当k>0时，为我们在光屏上看到的+k级条纹。
当k<0时，由于实验中α足够小，故条纹不可见。
本次实验中我们使用的是k=0和k=1时的条纹，设其出射角分别为θ0和θ1。可知入射光和反射光之间夹角为2θ0，反射光和一级条纹之间的夹角为θ1-θ0。
故由几何关系有：
d1/2D=tanθ0
d2/D+d1/2D=tanθ1
带入光栅方程，得到
d(cosθ0-cosθ1)=λ
由以上三式解得
带入测量数据就可以得到激光波长了！大家测量的结果有落在可见光区间吗？
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