迈克尔孙干涉仪实验报告

(完整(完整word版)迈克尔孙干预仪试验报告迈克耳孙干预仪试验报告试验目的1、了解迈克尔逊干预仪的构造及工作原理，把握其调试方法2、学会观看非定域干预、等倾干预、等厚干预及光源的时间相干性，空间相干性等重要问题。试验原理1.迈克尔逊干预仪的光路迈克尔逊干预仪有多种多样的形式,其根本光路如图5.16。1所示。从光源发出的一束光，在分束镜的半反射面

上被分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2。反射光束1射出

后投向反射镜 ，反射回来再穿过

;光束2经过补偿板投向反射镜 ，反射回来再通过

，在半反射面 上反射。于是,这两束相干光在空间相遇并产生干预,通过望远镜或人眼可以观看到干预条纹。补偿板的材料和厚度都和分束镜一样,并且与分束镜平行放置，其作用是为了补偿反射光束1因在中来回两次所多走的光程,使干预仪对不同波长的光可以同时满足等光程的要求。2。等倾干预图样(1〕产生等倾干预的等效光路如图2所(图中没有绘出补偿板，观看者自点向 镜看去除直接看到 镜外，还可以看到镜经分束镜的半反射面 反射的像 这样在观看者看来两相干光束好象是由同一束光分别经 和反射而来的。因此从光学上来说，迈克尔逊干预仪所产生的干预把戏与 、 间的空气层所产生的干涉是一样的，在争论干预条纹的形成时，只要考虑 、 两个面和它们之间的空气层就可以了。所以说，迈克尔逊干预仪的干预状况即干预图像是由光源以及(2)等倾干预图样的形成与单色光波长的测量

、 和观看屏的相对配置来打算的。当 镜垂直于 镜时， 与 相互平行，相距为。假设光束以同一倾角入射在 和 上,反射后形成1和

两束相互平行的相干光,如图3

作 垂直于光线.因 和

之间为空气层， ，则两光束的光程差为所以 〔1〕当固定时,由〔1〕式可以看出在倾角相等的方向上两相干光束的光程差均相等。由此可知,干预条纹是一系列与不同倾角对应的同心圆形干预条纹，称为等倾干预条纹。由于1、遇，因此，干预条纹定域无限远处。

两列光波在无限远处才能相①亮纹条件：当 时，也就是相应于从两镜面的法线方向反射过来的光波，具有最大的光程差,故中心条纹的干预级次最高.中心点的亮暗完全由确定,当 时,即〔2)时中心为亮点当值每转变 时干预条纹变化一级也就是说， 和 之间的距离每增〔或削减〕,干预条纹的圆心就冒出(或缩进〕一个干预圆环。②测量光的波长由下式表示：(3〕式中，为入射光的波长， 为反射镜 移动的距离， 为干预条纹冒出〔或缩进〕的环数。③条纹间距：由式(5。16。1，当确定，不为零时，光程差削减，偏离中心的干预条纹级次k较低。由条纹间距 〔z为观看屏到反射镜 距离，为圆环半径〕可知，越往外即越偏离中心,k5.16.4所示.3.等厚干预图样当反射镜 、 不完全垂直，致使 、 成一小的交角时〔见图5〕,这时将产生等厚干预条纹。当光束入射角足够小时，可由式(5。16.1〕求两相干光束的光程差：〔4)在 、 的交在线， ，即 ，因此在交线处产生始终线条纹，称为中心条纹。假设反射镜 和的距离很小，满足则这时对光程差的影响可无视不计，式(5.16。4)成为(5〕即光程差只取决于，干预条纹就是几何距离相等的点的轨迹.因此，这种干预条纹称为等厚干预条纹,干预条纹定域于空气膜外表四周。当较大，倾角对光程差的影响不能无视时，确定级次的干预条纹光程差的变化应为零,于是有(6)由此可见,倾角增大即,倾角对光程差的奉献为负值,只有厚度的增大来补偿，才能使光程差保持常量。所以条纹渐渐变成弧形，而且弯曲方向凸向中心条纹.离交线愈远,愈大，条纹弯曲愈明显。由于干预条纹的明暗和间距打算于光程差与波长的关系，假设用白光作光源，则每种不同波长的光所产生的干预条纹明暗会相互穿插重叠，结果就看不见明暗相间的条纹了.也就是说,假设用白光作光源,一般状况下不会消灭干预条纹.进一步可以看出，在、两面相交时，交线上,但是由于、两束光在半反射膜面上的反射状况不同，引起不同的附加光程差,故各种波长的光在交线四周可能有不同的光程差。因此，用白光作光源时，在、两面的交线四周的中心条纹，可能是白色明条纹，也可能是暗条纹。在它的两旁还有大致对称的有几条彩色的直线条纹，稍远就看不到干预条纹了。当光通过折射率为、厚度为的均匀透亮介质时，其光程比通过同厚度的空气要大。在迈克尔薄玻璃片,由于光束的来回，光束和在相遇时所获得的附加光程差为:〔7)此时，假设将镜向板方向移动一段距离，则、两光束在相遇时的光程差又恢复至原样,这样，白光干预的中心条纹将重消灭在视场中心。这时〔8〕依据式(8)，测出 镜前移的距离 ，如薄玻璃片的折射率,则可求其厚度；反之,如玻璃片的厚度，则可求出其折射率。试验步骤一．观看与分析氦氖激光的非定域干预现象，测量该激光的波长1．干预仪的调整翻开激光器并调整其水平，使激光束大致垂直于 镜.在分束镜与 镜的延长线上放置观看屏，可以看到屏上水平分布的两组光斑，每组光斑约有三个亮点,找出分别由一些较暗的光斑，调整时可不管它).

、 镜反射的两个主亮点〔其它转动手轮，尽量使 、 二镜距分束镜上半反射面 的距离相等.粗调 镜，使

镜垂直于

镜.这时，在观看屏上能看到由

、 镜反射的激光光斑,调整 镜后面的螺钉〔试验室已将 镜面的法线调至与丝杠平行，试验时只能调整 镜，使其反射激光光斑的最亮点在观看屏上与 镜反射的最亮点相重合。2．光路的调整在激光器和干预仪之间加一扩束镜，使扩束后的光线照耀在分束镜上。此时很简洁看到干预条纹，继续调整透镜位置和 镜后面的三个螺钉,使圆形干预条纹的中心位于屏上视场的中心。利用 镜台下的水平与垂直拉簧螺丝对 镜作微小的调整一边调整一边上下或左右移动眼睛检查，直到移动眼睛时看不到有圆环冒出或缩进为止,此时3．观看激光的等倾干预把戏

、 两镜完全垂直.转动微动鼓轮，使 镜前后移动，转变，从主尺上观看当 镜所对应位置转变时条纹的变化,如条纹的“冒出”和“缩进“、条纹的疏密、条纹间距与的关系等.并选定较好的而且干预圆环疏密适宜的区域作为测量区,预备进展测量。4．测量He－Ne激光器光波波长调整手轮与微动鼓轮对迈克尔逊干预仪进展“校零“与“消空程”,记录初始读数。沿同一方向转动微动鼓轮，同时留意数干预条纹中心“冒出”或“缩进”的条纹数，使条纹每冒出〔或缩进〕50个圆环记录一次镜的位置,依据公式〔3〕处理数据，求出后与标准值(5．找到焦平面

〕进展比较。向圆条纹陷入的方向调整M1直至圆条纹渐渐变为直条纹并开头反方向弯曲，登记条纹既宽又直时M的位1置M的大致范围。10二．观看与分析汞灯的定域干预现象让 位于 四周，以低压汞灯加毛玻璃作为光源0在原来观看屏的位置用肉眼直接观看，有干预条纹把干预条纹调宽，有黄、绿、蓝等各种颜色让 与 的距离增加到2mm左右，再看条纹是否清楚0转变M的方向是条纹变为直线，看其是否清楚2由此推断条纹是否认域试验记录与数据分析一．观看与分析氦氖激光的非定域干预现象,测量该激光的波长两最亮的光点重合于观看屏后，观看屏前后移动条纹都比较清楚。调整M背后位于其上方的旋钮时，圆条纹上下移动。2调整M背后位于其下方的旋钮时，圆条纹左右移动。2增大M的距离时，圆条纹从中心向外扩张，中心亮暗交替变化，条纹越靠近中心越宽，越远离中心越窄。11涌出或涌入条纹数i1涌出或涌入条纹数i50d/mmi53。42650di+600/mm53。44235/mm0.01585依据公式〔3) 代入数据计算得波长为634nm7。干预图样变化规律和MM1 28．M的大致范围是4。9985cm—4.9990cm.109．依据以上关系可以得出，此干预属于非定域干预。二．观看与分析汞灯的定域干预现象1．M4。999cm移动到5.199cm1侧弯曲呈圆弧状。2．M2移动后，条纹相对于原来变得清楚，不过此时条纹变得更窄，并由圆弧状渐渐变为接近直线状.具体图样如以以下图试验仪器氦氖激光电源 JCQ-250汞灯电源 GB-20W迈克尔孙干预仪试验分析与争论转动手轮时干预条纹吞吐以及干预条纹的疏密的缘由是什么？(1)．在两光源格外近的时候〔极限状况重合)，两光源到轴外点的距离差异与两光源到平面中心点的距离差异近乎一样差值很小，意味着光程差在很大的角度内变化不大,条纹疏.〔2．当两个光源距离比较远时〔比方说考虑成一个光源就在平面上，令一个光源与之有确定距离状况一样的角度区间中变化要大，条纹密。由上述第2种状况可轻松的看出:两光源到轴外点的距离差比到平面中心点的距离差有减小的趋势，因此可推断：内环为干预高级次,外环为干预低级次.推断吞吐环：光程差增大，意味着环心干预将由低级次变为高级次。由上面的同心环级次排布可知，原来的低级次环必定外移，意味着中心是吐环。反之吞环.在试验中需要调整MM(MM〕1 2 1 2光镜分为两束以及它们在传输过程中所经过的多个玻璃折射，反射后。试依据图1所示的主光路传输路径，总结一套快速正确地选定对应观测光点的方法。由图1可见，入射光束在分光镜的第1外表和分束面都会有局部光向M方向反射，经M再次反射后，从观看1 1M镜反射后，在补偿片的两2个界面会形成两个向观看方向反射的光点，右边第3个光点才是由分束面反射，即我们要找的对应光点。试由公式说明M和M’的距离d变大变小同环形干预条纹中心“冒出或陷入”的对应关系。1 2由公式2dcosi=kλ(k不变d减小时,k

必定减小，干预圆环中心向里陷入。k试验误差分析试验测得的氦氖激光器发出激光的波长为