
【化】 Billet split lens
比耶对切透镜(Billet's split lens)是一种经典的光学干涉装置,其核心功能是通过分割透镜实现双像干涉。该装置由法国物理学家弗朗索瓦·比耶(François Billet)于19世纪提出,主要用于研究光的波动性质。
结构原理
该透镜通过将单个凸透镜沿直径切割为两个半圆形部分,并将两部分沿光轴方向略微错位排列。当单色平行光通过时,分割后的两个半透镜会分别在焦平面附近形成两个分离的实像,形成类似双缝干涉的相干光源。其干涉条纹间距公式可表示为:
$$
Delta x = frac{lambda D}{d}
$$
其中$lambda$为波长,$D$为像面到观察屏距离,$d$为两半透镜的光心间距。
应用特性
现代延伸
在量子光学实验中,改进型比耶透镜系统被用于单光子干涉实验,验证光的粒子波动二象性(《现代光学工程》,McGraw-Hill, 第4版)。该装置至今仍作为基础光学实验教具在高校物理实验室中广泛使用。
比耶对切透镜是一种特殊的光学干涉装置,其核心结构由薄会聚透镜经切割后重组构成。以下是其详细解释:
构造特点
将焦距为$f$的薄会聚透镜沿直径方向切割,移除中间宽度为$a$的部分后,将剩余两半透镜沿切割方向横向拉开一定距离(如1mm,见),形成两个独立的半透镜结构()。
光学功能
两半透镜仍保留原透镜的会聚特性,但拉开后形成类似双缝的波前分割结构。光源发出的光波经两半透镜折射后,在观察屏上形成干涉条纹()。
干涉条件
当缝状光源的宽度$b$较小时,两半透镜产生的子波具有相干性,屏上出现明暗相间的干涉条纹。但当光源宽度超过临界值时,不同点光源的非相干叠加会导致条纹消失()。
典型参数
实验中常见参数如:焦距$f=10$cm,光源距离$x=3f/2$,观察屏距离$L=330$cm,波长$lambda=500-597$nm()。临界光源宽度需通过干涉条件公式计算。
主要用于验证光的空间相干性,例如激光器端面各点发光的相干性研究()。通过调整光源宽度或透镜间距,可直观观察干涉条纹的变化,进而分析光学系统的相干极限。
说明:比耶对切透镜的关键在于通过物理切割改变波前分布,其干涉现象与杨氏双缝实验类似,但利用透镜的折射特性实现更灵活的光路控制。
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