迈克尔逊干涉仪

1、迈克尔逊干涉仪姓名学号班级桌号同组人教室 -1303实验时间2 015年_月日 时段 指导教师 一、实验目的1 考查点光源的非定域干涉、面光源的等倾干涉的形成条件、条纹特点，加深对干涉理论 的理解；2 熟悉迈克尔逊干涉仪的结构、原理、特点及调整和使用方法；学会用它测量单色光波波 长及钠光双线的波长差。二、实验仪器迈克尔逊干涉仪，激光器，钠光灯三、实验原理（预习填写空白内容）1.产生干涉的等效光路迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花样与M1、M2 /间的空气薄膜（厚度为 d）所产生的干涉是一 样的。2 .单色点光源产生的非定域干涉非定域干涉是指：图1迈克尔逊干涉的光路图He-Ne激光光源发出的球面波先被

2、分束镜 G1分光，然后射向两个全反镜，经 M1, M2,反射 后，在人眼观察方向就得到两个相干的球面波，在它们相遇的空间处形成非定域干涉。当MJ/M2/时，和M1平行放置的观察屏上会出现同心圆干涉条纹，圆心在光场的中心。 两虚点光源间距是M1和M2/间距d的倍，即圆心处光程差为 若将屏E放在满足Z d的地方，光程差可近似为 L = 2dcos 0当 L = 时形成明条纹当 L = 时形成暗条纹。（式中k=0,1,2 称为干涉级）当3= 0时，光程差L最大，故圆心 A点对应的干涉级 k最高。移动Mi,若d增加，与k 级相应的条纹的B角变大，条纹沿半径外移，可看到条纹从中心 涌出”的现象。反之，条

3、纹向中心 收缩”每 涌出”或 收缩”一个条纹，光程差L改变个波长。设Mi移动了d距离相应地“涌出”或“收缩”的条纹数为”，则4 L= 2Ad=N ，即2 dN只要从仪器上读出 Mi移动的距离 Ad,并数出中心 涌出”或收缩”的条纹数N ,利用上 式就能测出光源波长。3 .单色面光源产生的干涉面光源中不同的发光点发出的光束虽互不相干，但每一个点光源发出的光束，经迈克尔逊干涉仪后可以产生自己的干涉图样，无数点光源产生的干涉图样的叠加，所形成的稳定可见的干涉图样由 Mi、M2,的相对位置决定。若光源中包含有波长相近的两种单色光1和 2, 4= 2+。移动Mi改变d,则可遇到这样情况：分束镜所分两束光

4、的光程差恰为4的整数倍而同时又为 2的半整数倍，即：这时，1光生成亮环的地方，恰为2光生成暗环的地方。若这两列光波强度相等，则这些地方的反衬度为零，这时视场中将看不到干涉条纹。继续移动M,、4的明纹和 2的暗纹渐渐错开,反衬度增加。当 1的明纹和 2的明纹相重迭时，反衬度最高 V= 1，此时干涉条纹最清晰。考虑到1与2相差很小，故 1 2 ( )2 ；又厶L = 2 A d,故有：只要知道两波长的平均值和视场中心相继两次反衬度为零时，M1所移过的距离A d,就可求出两者的波长差。根据这一原理，可测量钠光 D双线的波长差。四、实验内容1 迈克尔逊干涉仪调节（阅读教材，填写箭头指向部件的名称）图2

5、迈克尔逊干涉仪1） 放松Mi、M2镜背后的调节螺钉；调节粗调手轮使Mi镜移至50mm附近；调节两个拉簧螺丝至中间位置，即保证上下（或左右）都能拧；调整光路，让光纤水平，出射激光光束应水平、与分束板成45。角入射；2） 取下观察屏，穿过分束板向 Mi镜方向看过去。细心调整 Mi、M2镜后的调节螺钉，改变 反射镜的倾度，使两列像点中最亮的两个点 在Mi中心附近完全重合。（会看到光点闪耀， 伴有不 清晰的干涉条纹）。3） 安上观察屏，仔细观察 可看到干涉条纹，即点光源的非定域干涉条纹。缓慢调节M2镜下端的两个拉簧螺丝，使干涉条纹呈圆形且圆心大致在视场中心（请特别注意拉簧螺丝的使用 ）。若找不到干涉条

6、纹，或无法将圆环调到观察屏中心，则需调整上一步Mi中最亮点的位置。4） 轻而缓慢地旋转粗调手轮， 移动Mi镜，观察干涉条纹的变化。 由干涉条纹的“涌出”、 “陷入”判断 Mi、M2 /间距离d的变化情况。5）调节粗调手轮减小间距 d,使衍射环放到到合适测量的大小，准备测量。2 .测He-Ne激光的波长1）旋转粗调手轮，消除螺纹间隙误差（注意：以后旋转粗调手轮和微调手轮时，都与此次旋转方向一致）；2 ）旋转微调手轮，使其对准零点，再旋转粗调手轮，让其对准任一整刻度线；（课本105-106 页）；3）测量激光波长开始时（N = 0）记下Mi镜的位置（do）。缓慢而均匀地旋转微调手轮，记数从干涉圆纹

7、中心“涌出”（或陷入）的条纹数，每隔20个条纹记一次 Mi的位置（do、d2o、d4o、 d60di80）。利用得到的数据计算激光波长，并用不确定度完整表示测量结果。单位 mmd0d20d40d60d80di00dl20dl40dl60dl80di00 dodi20 d20di40 d40di60 一 d60di80 d801 &=(5)mmu Ad（写出计算关系式）2 d一 mm nmN2u dN结果表示:3 观察等倾干涉，测量钠黄光D双线的波长差。利用He-Ne激光器的衍射环，通过移动Mi，使d0（d越大时条纹越密，d越小时条纹越稀疏。理论上当d-0时中央暗纹将扩大到整个观察屏上，但是实验

8、过程中一般观察不到此现象。因此把干涉条纹间距最大时认定为d-0，此时在观察屏上仅能看到 很少几条条纹。）取掉激光器，换上带毛玻璃片的钠光灯，使光束经毛玻璃漫散射后成为均匀的扩展面光大学物理实验报告（迈克尔逊干涉仪） 源照亮分束板Gi。去掉观察屏，在 E处用用眼睛向着 Gi观察，将看到圆形等倾干涉条纹。使用粗调手轮改变Mi镜的位置，粗略观察反衬度变化规律（反衬度最大时条纹最清晰，反衬度为零时条纹消失），初步确定反衬度最低的位置为零的几个位置。在此基础上，缓慢移动Mi,精确记录反衬度为零的 6个坐标位置，然后采用逐差法求出d，计算钠光D双线波长差（=589.3 nm），用不确定度完整表示测量结果。单位 mmdid2d3d4d5d6d=()=mmu Ad =（写