迈克尔逊干涉实验报告

1、E一局部从G1半反射膜处反射,射向平sr电光源的泮定域干预条纹迈克尔逊干预实验39042122吴淼摘要：迈克尔逊干预仪是一个经典迈克尔逊和莫雷设计制造出来的精密光学仪器,在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用.通过迈克尔逊干预的实验,我们可以熟悉迈克尔逊干预仪的结构并掌握其调整方法,熟悉电光源非定域干预条纹的形成与特点,局部从并利用干预条纹的变化测定光源的波长.实验原理：(1)迈克尔逊干预仪的光路迈克尔逊干预仪的光路图如图(-)所示.从光源S发出的一束光摄在分束板G1上,将光束分为两局部:面镜M2：另一局部从G1透射,射向平面镜Ml,图(一)迈克尔孙干预仪光路M2均成45°角,所

2、以两束光均垂直射到Ml、M过半反射膜；从M2反射回来的光,为半反射膜反射.二者聚集成一束光,在E处即可观察到干预条纹.光路中另一平行平板G2与G1平行,其材料厚度与G1完全相同,以补偿两束光的光程差,称为补偿板.在光路中,Ml,是Ml被G1半反射膜反射所形成的虚像,两束相干光相当于从Ml,和M2反射而来,迈克尔逊干预仪产生的干预条纹如同M2和Ml,之间的空气膜所产生的干预条纹一样.2d(2)单色M2平行发出的光,而对L样.乂由于半反S(P2S'2Ml,且相距为d,S发出的光对M2来说,如S,Mi射膜G的作用,Ml如同处于S1力勺位于E处的观察者来说,S,如位于S7一置,所以E处观察到的

3、干预条纹,犹如SI,、S)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,都可以看到干预花纹,因此这一干预为非定域干预.如果把观察屏放在垂直于SI,、S2,的位置上,那么可以看到一组同心圆,而圆心就是SI.、S2的连线与屏的交点E.设E处(ES2=L)的观察屏上,离中央E点远处某一点P,EP的距离为R,那么两束光的光程差为AL=yj(L+2d)2+R?-"?+心Ld时,展开上式并略去(f/L?,那么有AL=2Zz/=2dcosg式中W是圆形干预条纹的倾角.所以壳纹条件为2dcos0=kA.(k=0,l,2,)由此式可知,当k、0一定时,如果d逐渐减小,那么cosR将增大

4、,即8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,看到的现象是干预圆环内缩；如果d逐渐增大,同理看到的现象是干预条纹外扩.对于中央条纹,假设内缩或外扩N次,那么光程差变化为2Ad=N?i.式中,Ad为d的变化量,所以有入=2Ad/N通过此式那么能有变化的条纹数目求出光源的波长.实验仪器：迈克尔逊干预仪、氮敏激光器、小孔、扩束镜、毛玻璃.实验步骤:(1)迈克尔逊干预仪的调整调节激光器,使激光束水平地射到Ml、M2反射镜中部并垂直于仪器导轨.首先将Ml、M2反面的三个螺钉及两个微调拉簧均拧成半松,然后上下移动、左右旋转激光器俯仰,使激光器入射到Ml、M2反射镜中央,并使Ml、M

5、2放射回来的光点回到激光束输出镜面中央.调节Ml、M2互相垂直在光源前放置一小孔,让激光束通过小孔入射到Ml、M2上,根据放射光点的位置对激光束做进一步细调,在此根底上调整Ml、M2反面的三个方位螺钉,使两镜的反射光斑均与小孔重合,这时Ml于M2根本垂直.(2)点光源非定域干预条纹的观察和测量将激光器用扩束镜扩束,以获得点光源,这时毛玻璃观察屏上应出现条纹.调节Ml镜下方微调拉簧,使之产生圆环非定域干预条纹,这时Ml与M2的垂直程度进一步提升.将另外一块毛玻璃放到扩束镜与干预仪之间以获得面光源.放下毛玻璃观察屏,用眼睛直接观察干预环,同时仔细调节Ml的两个微调拉簧,直至眼睛上下左右晃动时,各干

6、预环大小不变,即干预环中央没有被吞吐,只是圆环整体随眼睛一起平动.此时得到面光源定域等倾干预条纹,说明Ml与M2严格垂直.移走小块毛玻璃,将毛玻璃观察屏放回原处,仍观察点光源等倾干预条纹.改变d值,使条纹外扩或内缩,利用公式入=2Ad/N测出激光的波长.要求圆环中央每吞吐1000个条纹,即明暗变化100次记下一个d值,连续测量10个d值.数据记录与处理:实验原始数据实验次数012345读数dmm41.3365441.3689641.4009541.4326041.4639741.49571实验次数678910读数dmm41.5270441.5595841.5916341.6237541.656

7、53实验数据处理*1123456再=M0100200300400500x=441.3365441.3689641.4009541.4326041.4639741.49571Am;=_N16006006000600600Aq=一djmm0.190500.190620.190680.191150.1925617891011再=M6007008009001000y,=441.5270441.5595841.5916341.6237541.65653由AdJN2可得5_di5b=yy=y(J+I.-4)=3.18503XIO-4mm5白N+M5白A=2b=637.01mm5_£()-y)()

8、')二=3.8085x10-4/h/h5x4ub(Ay)=2.8868x10"mmw(Ay)=J14(Ay)2+(Ay)F=3.8194x104mm2±(X)=(637±4)n/n误差分析：实验中空程没能完全消除；实验对每一白条条纹的开始计数点和计数结束点的判定存在误差；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.感想：迈克尔逊和莫雷以迈克尔逊干预仪为根底共同进行了著名的迈克耳逊一莫雷实验,这个试验排除了以太的存在,为狭义相对论的诞生提供了根底,同时迈克尔逊也因此获得1907年的诺贝尔奖,足可见迈克尔逊干预仪的重要性.时至今日,迈

9、克尔逊干预仪作为紧密测量仪器的始祖,其地位不但没有降低,而是在科学界和生活中继续发挥着重要的作用.在传统精密测量方面,迈克尔逊干预仪可以用来进行微小位移量和微振动的测量,进行压电材料的逆压电效应研究,实现纳米量级位移的测量、薄透明体的原度及折射率的同时测量、气体浓度的测量和引力波探测,组装后也能测量微小的角度.随着光纤技术的产生,随即乂产生了光纤迈克尔逊干预仪,光纤迈克尔逊干预仪可用来进行混凝土内部应变的测量、地震波加速度的测量和温度的测量,应用范围扩展到民用.同时,迈克尔逊干预仪作为傅里叶红外吸收光谱仪、干预成象光谱技术、光学相干层析成像系统及微型集成迈克尔逊干预仪的核心仪器,其作用更是不可忽略.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