迈克尔逊干涉仪实验测量准确度的提高.doc

迈克尔逊干涉仪实验测量准确度的提高*（*）（*）摘 要： 本文主要涉及了对迈克尔逊干涉仪测量准确度的提高，对影响实验结果的仪器调节方法和干涉条纹的测量进行分析，结合实验原理、作者个人实验经历和参考文献，提出了的一些思考成果及简单的改进方法。关键词： 迈克尔逊干涉仪；测量精度；实验改进Improving on measurement accuracy of Michelson interferometer experiment*(*)Abstract: This paper mainly involves the improving on measurement accuracy of Michelson interferometer experiment. By combining some analysis on the methods which have influence on the results of the experiment, the experience during the experiment and some references, some thoughts and improvement are raised in this paper.key words: Michelson interferometer; measurement accuracy; experiment improvement 传统实验用迈克尔逊干涉仪观察干涉图样以及测定单色光波长的方法，存在一些可以改进的地方。经过对自己实验总结，以及对一些论文的参考之后，发现在用眼睛观察及调节仪器的部分可加以变化。1、 实验原理回顾大学实验室中做本实验所用的迈克尔逊干涉仪的调节以及使用的大致原理如下：图1 迈克尔逊干涉仪光路图图中，S为光源，M1、M2为平面反射镜，光学屏面上镀有金属反射膜，M2固定，M1可沿导轨移动。G1、G2是材料、厚度相同的玻璃片，G1上镀有半反射膜，G2平行于G1，作为补偿光程作用。G1、G2和M1、M2成45度角。S发出的光，被G1上的半反射膜近似分为光强相等的光束1和光束2。光束1和光束2分别按如图所示的路线进行传播，在E处发生干涉。M2是M2由G1的半反射膜形成的虚像。从E处观察，干涉条纹可以看作是M1、M2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉条纹。2、 实验操作过程中的问题2.1产生的问题（1）、实验步骤中要求利用眼镜主观观测，通过视差法进行仪器的调节。由于实验者的视力等生理差异和目测的随意性，仪器调节难度和误差均比较大。（2）、由于眼睛观察本身的不稳定以及外界细微的干扰，都会使在实验仪器校准完的基础上调节出一个完整、稳定、清楚的干涉图样比较困难。（3）、在获得干涉图样后，由于仪器本身没有设计很明显的参照物，很难做到连续地测出干涉环移动的位移，并准确记录数据。2.2可能的原因（1）、光学实验仪器比较精密，调节要求高，难度大。仪器的调节过程必须通过产生的现象进行观察和判断，而本实验又很少有直接度量的尺度和参照物，很难完全保证M1、M2严格平行，获得完整、清晰的干涉图样，任何微小的偏差都会对于涉图样产生影响。（2）、为保证干涉图样的正确性和实验数据的准确性，测量中必须保持眼睛位置与干涉环的位置相对固定，记录100个连续变化的干涉环，由于视场受外界干扰和观测者对目测方法的不适应，往往是圆环的变化数还未记录完，眼睛已经疲劳或是眼睛位置发生了变化，整个记录过程必须重新开始。（3）、由于没有相应的参照物而且干涉图样受外界因素（如震动、微小位移）影响变化很快，如何做到清楚地测视场中心生成的圆环变化数，也是实验的一个难点。3、 实验的思考与改进（1）、根据视差的基本原理，在毛玻璃上贴一个黑色指针作为参照物，使观察者能正确、快捷地调节仪器并获得干涉圆环。（2）、为保持眼睛位置与干涉圆环的位置相对固定。可以利用类似于大部分电表读数的方法，即指针与其后镜面反射的像重合，在扩展光源S和分光镜G1之间 、分光镜G1和观察者之间各放置一尖状物，观测时始终保持两尖状物之像重合，确保观察者实现位置基本固定。有固定物参照后，可以基本保证观察过程的连续性。（3）、测定圆环变化数目时，可以利用类似分光计实验中的带叉丝的望远镜代替人眼直接观察。首先，通过望远镜观察干涉圆环，视场更加清晰，减少了外界光源的干扰。其次，以叉丝为参照物对准圆环中心进行吞吐变化的圆环计数，结果更加准确，提高了读数精确度，减少了由于读数不精确带来的实验误差。尖状物应选用体积较小的物体（如涂黑的细金属丝等）避免影响整个视场。利用重物（如重底座）或吸盘固定在相应位置。S与G1之间的尖状物也可用毛玻璃上的黑色指针代替，两尖状物的位置可采用视差法进行调整。4、 总结以及其他设想光学实验对仪器的调节比较困难，从分光计到迈克尔逊干涉仪都是如此，需要细心和耐心，更要掌握方法，先粗调后细调往往能很快的完成调节。但同时，我们也要对实验中的一些操作进行思考，为什么要进行这一步操作，这一步操作达到了什么目的；为什么这些操作实行起来比较难，有没有什么更好地改进方法。如果按照实验的步骤来做，却达不到预期的效果，应该从原理着手，由根到表一步步分析。例如本实验中比较难得到干涉图样，我们需要检查没每个重要的细节。同样，在实验的过程中，我们应该发挥我们的能动性，改善实验方案。在数圆环的圈数时很多人抱怨视觉疲劳，过程中难免出现误差。其实，我们可以利用我们所学的知识，进行实验方案的改进，这也就是我写下这个论文的目的。虽然只是理论上的设计，但极有可能能够实现。其实本实验还有一些其他的地方可以改进，比如“如何保持平面镜移动和条致数变化的均匀性和一致性”，这些小的改变会使实验进一步完善。如果更大胆的设想，我们可以根据干涉条纹的明暗相间这一特点利用光电仪器和有计数功能的集成片74LS161（计数器），来代替人眼观测吞吐现象。学科之间知识的互补与相通，在现在并不稀奇我们将学到的知识灵活运用以解决学习生活中的难题，更加便利的实验与学习。参考文献：1 扬述武 普通物理实验(光学部分)z第二版 北京 高等教育出版社 1993.15167.2