迈克尔逊干涉仪的使用实验报告

1、.学生物理实验报告实验名称迈克尔逊干预仪的使用学院专业班级报告人学号同组人学号同组人学号同组人学号理论课任课教师实验课指导教师实验日期报告日期实验成绩批改日期实验目的（1） 了解迈克尔逊干预仪的原理并掌握其调节方法（2） 观察等倾干预、等候干预的条纹，并能区别定域干预和非定域干预（3） 测定He-Ne激光的波长（4） 观察白光干预条纹和测定钠光波长及相干长度实验仪器迈克尔逊干预仪、He-Ne激光器。实验原理1迈克尔逊干预仪图1是迈克尔逊干预仪实物图。图2是迈克尔逊干预仪的光路示意图，图中M和M是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M是固定的；M由精细丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动的

2、距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。在两臂轴线相交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G，它的第二个平面上镀有半透半反射的银膜，以便将入射光分成振幅接近相等的反射光和透射光，故G又称为分光板。G也是平行平面玻璃板，与G平行放置，厚度和折射率均与G一样。由于它补偿了光线和因穿越G次数不同而产生的光程差，故称为补偿板。从扩展光源S射来的光在G处分成两局部，反射光经G反射后向着M前进，透射光透过G向着M前进，这两束光分别在M、M上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E处。因为这两束光是相干光，因而在E处的观察者就能够看到干预条纹。由M反射回来的光波在分光板G的第二

3、面上反射时，如同平面镜反射一样，使M在M附近形成M的虚像M，因而光在迈克尔逊干预仪中自M和M的反射相当于自M和M的反射。由此可见，在迈克尔逊干预仪中所产生的干预与空气薄膜所产生的干预是等效的。当M和M平行时(此时M和M严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干预条纹。一般情况下，M和M形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的干预条纹(等厚干预条纹)。 2单色光波长的测定用波长为的单色光照明时，迈克尔逊干预仪所产生的环形等倾干预圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M和M反射的两列相干光波的光程差为2dcos i      

4、60;                               (1)其中i为反射光在平面镜M上的入射角。对于第k条纹，那么有2dcos ik             

5、;                        (2)当M和M的间距d逐渐增大时，对任一级干预条纹，例如k级，必定是以减少cosi的值来满足式(2)的，故该干预条纹间距向i变大(cos i值变小)的方向移动，即向外扩展。这时，观察者将看到条纹好似从中心向外“涌出，且每当间距d增加/2时，就有一个条纹涌出。反之，当间距由大逐渐变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入

6、中心，且每陷入一个条纹，间距的改变亦为/2。因此，当M2镜移动时，假设有N个条纹陷入中心，那么说明M相对于M移近了dN                                        (3)反之，

7、假设有N个条纹从中心涌出来时，那么说明M相对于M移远了同样的距离。如果准确地测出M移动的距离d，那么可由式(3)计算出入射光波的波长。3测量钠光的双线波长差钠光2条强谱线的波长分别为589.0 nm和589.6 nm，移动M，当光程差满足两列光波和的光程差恰为的整数倍，而同时又为的半整数倍，即k(k)这时光波生成亮环的地方，恰好是光波生成暗环的地方。如果两列光波的强度相等，那么在此处干预条纹的视见度应为零(即条纹消失)。那么干预场中相邻的2次视见度为零时，光程差的变化应为Lk(k1)(k为一较大整数)由此得于是=式中为、的平均波长。对于视场中心来说，设M镜在相继2次视见度为零时移动距离为d，那

8、么光程差的变化L应等于2d，所以(4)对钠光589.3 nm，如果测出在相继2次视见度最小时，M镜移动的距离d ,就可以由式(4)求得钠光D双线的波长差。4.点光源的非定域干预现象激光器发出的光，经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源，经G(G未画)、M、M的反射，也等效于沿轴向分布的2个虚光源S、S所产生的干预。因S、S发出的球面波在相遇空间处处相干，所以观察屏E放在不同位置上，那么可看到不同形状的干预条纹，故称为非定域干预。当E垂直于轴线时(见图3)，调整M和M的方位也可观察到等倾、等厚干预条纹，其干预条纹的形成和特点与用钠光照明情况一样，此处不再赘述。实验步骤1观察扩展光源的等倾干预条

9、纹并测波长点燃钠光灯，使之与分光板G等高并且位于沿分光板和M镜的中心线上，转动粗调手轮，使M镜距分光板G的中心与M镜距分光板G的中心大致相等(拖板上的标志线在主尺32 cm 位置)。在光源与分光板G之间插入针孔板，用眼睛透过G直视M镜，可看到2组针孔像。细心调节M镜后面的 3 个调节螺钉，使 2 组针孔像重合，如果难以重合，可略微调节一下M镜后的3个螺钉。当2组针孔像完全重合时，就可去掉针孔板，换上毛玻璃，将看到有明暗相间的干预圆环，假设干预环模糊，可轻轻转动粗调手轮，使M镜移动一下位置，干预环就会出现。再仔细调节M镜的2个拉簧螺丝，直到把干预环中心调到视场中央，并且使干预环中心随观察者的眼睛

10、左右、上下移动而移动，但干预环不发生“涌出或“陷入现象，这时观察到的干预条纹才是严格的等倾干预。测钠光D双线的平均波长。先调仪器零点，方法是：将微调手轮沿某一方向(如顺时针方向)旋至零，同时注意观察读数窗刻度轮旋转方向；保持刻度轮旋向不变，转动粗调手轮，让读数窗口基准线对准某一刻度，使读数窗中的刻度轮与微调手轮的刻度轮相互配合。始终沿原调零方向，细心转动微调手轮，观察并记录每“涌出或“陷入50个干预环时，M镜位置，连续记录6次。根据式(5-8)，用逐差法求出钠光D双线的平均波长，并与标准值进展比拟。2观察等厚干预和白光干预条纹在等倾干预根底上，移动M镜，使干预环由细密变粗疏，直到整个视场条纹变

11、成等轴双曲线形状时，说明M与M接近重合。细心调节水平式垂直拉簧螺丝，使M与M有一很小夹角，视场中便出现等厚干预条纹，观察和记录条纹的形状、特点。用白炽灯照明毛玻璃(钠光灯不熄灭)，细心缓慢地旋转微动手轮，M与M到达“零程时，在M与M的交线附近就会出现彩色条纹。此时可挡住钠光，再极小心地旋转微调手轮找到中央条纹，记录观察到的条纹形状和颜色分布。3测定钠光D双线的波长差以钠光为光源调出等倾干预条纹。移动M镜，使视场中心的视见度最小，记录M镜的位置；沿原方向继续移动M镜，使视场中心的视见度由最小到最大直至又为最小，再记录M镜位置，连续测出6个视见度最小时M镜位置。用逐差法求d的平均值，计算D双线的波

12、长差。4点光源非定域干预现象观察方法步骤自拟。迈克尔逊干预仪系精细光学仪器，使用时应注意防尘、防震；不能触摸光学元件光学外表；不要对着仪器说话、咳嗽等；测量时动作要轻、要缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动。实验数据与结果波长(1)记录的位置并用逐差法计算移动的距离、He-Ne激光的“冒进或“缩进的条纹数的位置读数dcm移动的距离cm/0.00658850=31.17115=0.0868050=31.19113=0.0827150=31.20891=0.0814050=31.22575=0.0893950=31.24211=0.0805450=31.25795=0.0823550=31.2

13、738450=31.2903150=31.3060550=31.32265(2)讲结果与公认值632.8nm比拟，计算相对误差x100%=4.1%实验结果分析1在实际测量中，出现了一下情况：随测量次数的增多，圆心位置发生了变化，这种现象是与理论相悖的，原因是由于M1与M2未到达完全平行或调整仪器时未调整好，而且圆心偏移速度越快越说明M1与M2平行度越差2在测量完第一组数据后，反向旋转时会在旋转相当多圈后才会出现中心圆环的由吞吐变吐，这个转变不是立即就完成的，这是因为仪器右侧的旋钮为微调旋钮，使用它对干预仪的性质改变影响较小，故有吞变吐需要旋转相当一段时间，此时应旋转中部大旋钮，再使用微调，但不

14、要忘记刻度盘调零。3两组数据所测得的结果相差较大，这可能是由于测量过程的误差或操作失误所引起的，应尽量防止。4实验中还观察到许多现象，如M1上出现很多光斑，其中有亮有暗，同心圆的粗细和疏密变化等等。但由于理论知识的缺乏，我们尚无法给出上述问题的完美解释，需要我们进一步的学习与探索。一进展分析讨论。从数据表格可以看到，在误差允许X围内，测量波长与理论波长一致，验证了这种测试方法的可行性。误差分析实验中空程没能完全消除；实验对每一百条条纹的开场计数点和计数完毕点的判定存在误差；实验中读数时存在随机误差；实验器材受环境中的振动等因素的干扰产生偏差。3)实验结果：经分析，当顺时针转动旋钮时，“吐出圆环，此时测得一波长，当逆时针转动旋钮时，“吞出圆环，此时亦测得一波长。将二者取平均值得测得光的波长：P=0.95一个迈克尔逊实验，不但让我领悟到迈克尔逊设计干预仪的巧妙和智慧，也更让我知道了做实验要有耐心和恒心，哪怕实验再麻烦，也必须坚持不懈，注重细节，这样才能真正地把实验做2.1、为什么白光干预不易观察到.答：两光束能产生干预现象除满足同频、同向、相位差恒定三个条件外，其光程差还必须小于其相干长度。而白光的相干长度只有