迈克尔逊干涉仪的调节和使用

实验报告实验报告 班级班级 姓名姓名 学号学号 日期日期 室温室温 25 7 气压气压 102 51KPa 成绩成绩 教师教师 实验名称实验名称 迈克尔逊干涉仪的调节和使用迈克尔逊干涉仪的调节和使用 实验目的实验目的 1 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理 掌握其调节和使用的方法 2 应用迈克逊干涉仪 测量 He Ne 激光器 扩束镜 实验仪器实验仪器 迈克尔逊干涉仪 He Ne 激光器 扩束镜 实验原理实验原理 迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图所示 M1 M2是一对精密 磨光的平面反射镜 M1的位置是固定的 M2可沿导轨前后移动 G1 G2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板 与 M1 M2 均成 45 角 G1的一个表面镀有半反射 半透射膜 A 使射到其 上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光 G1称为分光板 当光照到 G1上时 在半透膜上分成相互垂直的两束光 透射光 1 射到 M1 经 M1反射后 透过 G2 在 G1的半透膜上反射后射 向 E 反射光 2 射到 M2 经 M2反射后 透过 G1射向 E 由于 光线 2 前后共通过 G1三次 而光线 1 只通过 G1一次 有了 G2 它们在玻璃中的光程便相等了 于是计算这两束光的光程差时 只需计算两束光在空气中的光程差就可以了 所以 G2称为补偿板 当观察者从 E 处向 G1看去时 除直接看到 M2外还看到 M1的像 M1 于是 1 2 两 束光如同从 M2与 M1 反射来的 因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和 M1 M2间 形 成 的空气薄膜的干涉等效 当 M1 和 M2 严格平行时 所得的干涉为等倾干涉 所有倾角为 i 的入射光束 由 M1和 M2 反射光线的光程差 均为 2dcosi M2 平行 M1 且相距为 d S 发出的光对 M2 来说 如 S 发出的光 而对于 E 处的观察者来说 S 如位于 S2 一样 又由于半反射膜 G 的作用 M1 如同处于 S1 的位置 所以 E 处观察到的干涉条纹 犹如 S1 S2 发出的球面波 它们在空间处处相干 把观察屏放 在 E 空间不同位置 都可以看到干涉花纹 因此这一 干涉为非定域干涉 如果把观察屏放在垂直于 S1 S2 的位置上 则可以看到一组同心圆 而圆心就是 S1 S2 的连线与屏的交点 E 设 E 处 ES2 L 的观察屏上 离中心 E 点远处某一点 P EP 的距离为 R 则两束光的光程差为 2222 2 RLRdLL L d 时 展开上式并略去 d L 则有 cos2 2 22 dRLLdL 式中 是圆形干涉条纹的倾角 所以亮纹条件为 2dcos k k 0 1 2 由此式可知 当 k 一定时 如果 d 逐渐减小 则 cos 将增大 即 角逐渐减小 也就是 说 同一 k 级条纹 当 d 减小时 该圆环半径减小 看到的现象是干涉圆环内缩 如果 d 逐渐增大 同理看到的现象是干涉条纹外扩 对于中央条纹 若内缩或外扩 N 次 则光程 差变化为 2 d N 式中 d 为 d 的变化量 所以有 2 d N 通过此式则能有变化的条纹数目求出光源的波长 实验步骤实验步骤 1 迈克耳逊干涉仪的基本调节 1 点燃氦氖激光器 调节其高度和方向 使激光束大致照到两平面镜 M1 M2及屏 E 的 中部 并使从两平面镜反射来的两束光能尽量原路返回 即尽可能回到激光器的出光口 2 上可以看到两排光点 都以最亮者居中 调节 M1 M2后面的三个螺丝 使两个最亮 点重合 此时 M1 M2相互垂直 此时检查回到激光器的两束光是否仍照在出光口或附近 2 测量激光光波波长 读数基准线的调整 调整微调鼓轮旋钮 使 0 刻度线对准基线 以方便读数 转动微动旋钮 可以清晰地看到条纹一个一个地 涌出 或 淹没 待操作熟练后开始测 量 记下刻度鼓轮上的读数 d 每次 涌出 或 淹没 N 50 个圈时读下 d 连续测量 10 次 记下 10 个值 d 每测一次算出相应的 d 并及时核对检查 N 是否数错 实验数据记录及处理实验数据记录及处理 250N 632 8nm 公认 5 0 0001 5 10 2 mm 仪 N d 2 次数0123456789 环数050100150200250300350400450 读数 di mm 51 0346751 0522851 0686251 0865051 1026051 1194 0 51 1352551 1511 6 51 1685451 18422 ii dd d 5 mm 0 084730 082970 082540 082040 08162 nm 677 84663 76660 32656 32652 94 d 0 08278mm 2 1 i i d dd S n n 1 07605 10 3mm 22 d dS 仪 1 07721 10 3mm 662 236nm 2 d N 88 61768nm 最后将实验测得的波长表为 632 8 8 62nm 并与公认值比较 计算其相对误差 100 E 公认 公认 662 236 632 8 632 8 100 3 29 实验注意事项实验注意事项 1 实验中 请勿正视激光光源 以免损伤眼睛 2 仪器上的光学元件精度极高 不要用手抚摩或让赃物沾上 切勿正对着光学表面讲话 3 一起传动机构相当精密 使用时要轻缓小心 在实验过程中 保持安静 动作要轻 不可有大 重动作 不能随意走动和对着防震台说话 否则 会引起震动 影响实验 调 好光路后 应静止 1 分钟 让防震台静止下来 4 测量过程中 由于仪器存在空程误差 一定要条纹的变化稳定后才能开始测量 而且 测 量一旦开始 微调鼓轮的转动方向就不能中途改变 5 实验前和实验结束后 所有调节螺丝钉均应处于放松状态 调节时应先使之处于中间状 态 以便有双向调节的余地 调节动作均应缓慢 实验小结与讨论实验小结与讨论 这个实验十分考验一个人的眼力 在数那些 消失 和 涌现 的环的时候 需要数 的数目非常的多 达到了 450 次 要是在中途出现失误或者测得数据 那么工作量会变得 巨大 这个实验也考验人的耐性 因为该实验精度要求十分高 所