迈克尔逊干涉仪的调节和使用

实验报告班级 姓名 学号 日期 室温25.7气压102.51KPa成绩教师 实验名称迈克尔逊干涉仪的调节和使用 【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】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜。【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M1M2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=2dcosiM2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Ld时，展开上式并略去d/L，则有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2d=N.式中，d为d的变化量，所以有=2d/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】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】 次数0123456789环数050100150200250300350400450读数di/mm51.0346751.0522851.0686251.0865051.1026051.1194051.1352551.1511651.1685451.18422/mm/0.084730.082970.082540.082040.08162/nm/677.84663.76660.32656.32652.940.08278mm 1.07605*10-3mm1.07721*10-3mm662.236nm88.61768nm最后将实验测得的波长表为 632.88.62nm并与公认值比较，计算其相对误差|662.236-632.8|/632.8100=3.29%【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】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，所以所对应的对实验环境的要求也非常