保持单色相干平面光正入射双缝，用物理衍射屏的游标测量多个亮纹间隔，再和已知光源波长比较。器材间距离和屏面按实验区尺度计算；缝口及微观视图放大示意，缝宽与缝距按微米参数读取。
学习目标
- 对准亮纹中心并使用累积法减小读数误差
- 由 λ = dΔx/D 计算光的波长
- 通过改变波长与缝距检验条纹间距的正反比例关系
实验器材
- 600 nm 单色相干光源
- 缝距 20 μm、缝宽 2 μm 的双缝
- 物理缝屏距 1.20 m 的衍射屏
- 400 mm 屏面标尺与双游标
- 强度曲线
实验准备
- 确认入射方向为 0°，双缝和光屏角度为 90°，三者中心在同一直线上。定量读峰前暂停，使屏面以完整采样显示。
- 本课保持缝屏距 D = 1.20 m；光屏与双缝在实验区的位置差决定 D，屏高为 400 mm。缝口为放大示意，不用实验区标尺量缝宽或缝距。
- 屏上初始游标并未对准亮纹，需实际移动或填写毫米位置；不要直接把预设游标位置当作测量结果。
操作步骤
辨认中央及邻近亮纹
观察屏上的明暗条纹与强度曲线。以光轴上的中央亮纹为 0 级，向两侧依次辨认 ±1、±2 级亮纹；读位置时对准峰的中心。
进行跨条纹测量
选中波动光屏，把游标 y1、y2 调到 −2 级和 +2 级亮纹中心，跨越条纹数 N 设为 4。记录两游标的毫米位置，算出 Δx = |y2−y1|/4。
计算波长并估计误差
将 d = 20 μm、D = 1.20 m 与测得的 Δx 换成米后代入 λ = dΔx/D。再用中央到一级的一间隔测量，与四间隔测量比较相同游标误差的影响。
改变光的波长
保持双缝和屏不变，把光源波长改为 500、600、650 nm。各自重新对准 ±2 级，记录间距，比较 Δx/λ；不要沿用上一组游标。
改变双缝间距
恢复 600 nm，保持缝宽 2 μm 与 D 不变，把双缝的实验缝距改为 16、20、24 μm。记录新的间距，比较 dΔx。不同参数下条纹亮度也可能变化。
观察与记录
- 记录 λ光源、d、D、y1、y2、N、Δx、λ测量 与相对误差。屏上自动反算使用角度关系 d(sinθ2−sinθ1)/N，与手算的小角公式会有小差异。
- N 是亮纹之间的间隔数；−2 至 +2 共四个间隔而非五个。
- 采样图中的明纹峰才是测量对象，不把面板列出的理论条纹间距代替观察。
预期结果
- d = 20 μm、D = 1.20 m 时，500、600、650 nm 的相邻亮纹间距近似为 30、36、39 mm。
- 600 nm 初始光的 −2 至 +2 级亮纹距离约 144 mm，测量回算约 600 nm。
- 600 nm 时缝距 16、20、24 μm 对应间距约 45、36、30 mm；宽包络来自每条窄缝的衍射。
课堂讨论
- 从 −2 级数到 +2 级，跨越了几个间隔？
- 改变单缝宽度与改变双缝间距，对图样的作用是否相同？
- 为什么不能拿器材示意图上的像素距离代替物理缝距？
模型与适用范围
- λ = dΔx/D 使用远场、小角近似；本课选取中央附近 ±2 级，最大角度约 4.3°。离轴更远时条纹不再严格等距。
- 衍射屏计算有限缝宽的标量光场；2 μm 狭缝约为波长的 3–4 倍，不包含偏振、边缘近场、材料吸收和真实探测器噪声。
- 暂停后屏上 1001 点对应 0.4 mm 采样间隔；两端各一个采样间隔的对准误差对初始四间隔波长测量约为 0.6%，并有有限缝宽造成的峰位移动。按约 1.5% 比较本课测量与近似理论。