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1、精选优质文档-倾情为你奉上迈克尔孙干涉实验【实验目的】(1) 掌握M-干涉仪的调节方法(2) 调出非定域干涉和定域干涉条纹(3) 了解各类型干涉条纹的形成条件、花纹特点、变化规律(4) 用M-干涉仪测量气体折射率【仪器用具】M-干涉仪，He-Ne激光器，毛玻璃片，小孔光阑，白炽灯，小气室，气囊，气压表，凸透镜，显微镜目镜【实验原理】(1) M-干涉仪光路图 1 迈克尔孙干涉仪光路迈克尔逊干涉仪的光学系统如图1所示。它由分光板G1、补偿板G2、定反射镜M1和动反射镜M2组成。M1和M2互相垂直，分光板和补偿板是一对材料和外型完全相同的平板光学玻璃，它们相互平行并分别和M1、M2成大致45度夹角。
2、补偿板用于补偿色散。来自点光源（或扩展光源）的光，入射到分光板上，分为强度相同的光线“1”和光线“2”的相干光，并分别由M1和M2反射后投射到光屏上（对于扩展光源用眼睛正对着观察）产生干涉现象。(2) 点光源的非定域干涉图 2 非定域干涉原理图激光束经过短焦距凸透镜会聚后可以得到点光源S，经过分束器G1、M1、M2反射后后射向屏E的光，如图2所示可以看做是由虚光源S1，S2发出的。这两个虚光源发出的两列球面波在空间各处都能相干，所以是非定域干涉条纹。图 3 点光源非定域干涉的等光程面设两点光源在z轴上，如图3所示，两个点光源形成的空间等光程曲面是一族旋转双曲面，而屏E放在不同位置将得到不同的干
3、涉图样。所若E平行yz轴，不过原点，则会得到一族同心圆干涉条纹。若E平行xy轴，不过原点，则会得到一族共焦点双曲线干涉条纹，在中间双曲线退化为直线。若E不严格平行于yz轴，而是有所倾斜，得得到一族椭圆干涉条纹。(3) 扩展光源的非定域干涉图 4 扩展光源等倾干涉等倾干涉使用扩展光源是有利的。如图4所示，M1、M2相互平行，用扩展光源照明，对于倾角相同的各光束，其光程差均为l=2d cos此时在E方，用人眼聚焦于无穷远直接观察，可以看到一组同心圆，每一个圆上均对应同一恒定倾角，所以叫定域于无穷远的等倾条纹。也可以用一片薄透镜接受干涉图样。相邻条纹的角距离满足k=k-k+12dk表明d一定，边缘条
4、纹较密，中心较疏。k一定，d越小，条纹越密。图 5 扩展光源等厚干涉用眼睛观测等厚干涉时，扩展光源也是有百利而无不一害的。条纹定域与镜面附近，用眼睛观测时应将眼睛聚焦在镜面附近。经过镜M1，M2反射的两光束，其光程差仍可近似地表示为l=2d cos2d(1-122)由于是有限的（决定于反射镜对眼睛的张角，一般比较小）在交棱附近，l中第二项d2可以忽略，光程差主要决定于厚度d，所以在空气楔上厚度相同的地方光程差相同，观察到的干涉条纹是平行于两镜交棱的等间隔的直线条纹。在远离交棱处，项不可忽略，必须用增大的d来补偿光程差的减小，所得干涉条件逐渐变成弧形，而且条纹弯曲方向是凸向两镜交棱。(4) 白光
5、干涉条纹干涉条纹的明暗决定于光程差与波长的关系，用白光光源，只有在d=0的附近才能在M1、M2交线处看到干涉条纹，这时对各种光的波长来说，其光程差均为0，故产生直线亮纹，即所谓的中央条纹，两旁有对称分布的彩色条纹。d稍大时，因对各种不同波长的光，满足明暗条纹的条件不同，所产生的干涉条纹明暗互相重叠，结果就显不出条纹来。只有用白光才能判断出中央条纹，利用这一点可定出d=0的位置。(5) 空气折射率的测量使小气室的气压变化p，从而使气体折射率改变n，从而引起光程变化，条纹吞吐N条条纹，则有n=N2DD为小气室厚度理论上可以导出n=1+N2Dpp有此式，就可以测量一个大气压下的空气折射率。【实验内容
6、】1 粗调干涉仪1.1 目测调节使得激光器与G1中心等高1.2 粗调M一干涉仪，使M1与M2大致平行1.3 把固定镜M2的两个微动螺丝U2放在中间位置，以便往两头都有珥节余地1.4 把镜后的3个小螺钉U1、U2拧合适，使3个螺丝钉受力情况差不多，不要过松或过紧1.5 设置光路首先把He- Ne激光束调节成水平，射到M2的中央部位，然后在光源前面放一小孔光阑P，使光束通过小孔射到M2上调节M2后面的3个螺钉，使反射像和小孔重合（此时，能看到两排光点，调节M2时，应使移动时的一排光点中最亮点与小孔P重合）1.6 用同样的方法，调节M12 非定域干涉的调节和观察2.1 在小孔和G1之间加一毛玻璃，调
7、节高度，使得激光完全射入并着均匀照亮G12.2 调节M2的微动螺丝，使得接受屏E上同心圆移至屏幕中心2.3 移动M1，观察定域条纹的变化：d增加时，条纹外吐，d减少时，条纹内吞，而且条纹内疏外密，并随d的增加，条纹越来越密2.4 旋转屏E，观察椭圆条纹2.5 调节微动螺丝，移动M1，使得条纹向圆心方向移动，直到视场中出现直条纹，继续移动M1可以看到弯曲方向相反的双曲线条纹3 定域干涉的调节和观察3.1 等倾条纹3.1.1 按照非定域干涉的要求调出圆心在屏幕中心的条纹3.1.2 将一块毛玻璃放在目镜L和G1之间，使得光束扩展成为扩展光源，用眼睛观察条纹，进一步微调微动螺丝，使得眼睛上下左右移动时
8、，圆大小不变，条纹不吞不吐，而且圆心随着眼睛的移动而移动。这时是严格的等倾条纹。3.1.3 前后移动M1，d减小，条纹变得稀疏，d增大，条纹变得细密，这已经在原理中有说明3.2 等厚条纹3.2.1 调节微动螺丝使得M1和M2之间有一个小夹角，移动M1使得弯曲条纹向圆心移动，观察到条纹由曲变直的现象，这已经在原理中有说明3.3 白光的等厚条纹3.3.1 在条纹即将由曲变直时加上一半白光光源3.3.2 顺时针转动手柄，使M1缓慢移动，直到视场中出现彩色条纹，记录游标读数x13.3.3 逆时针转动手柄，重复上述步骤，记录游标读数x24 测量空气的折射率4.1 调节出非定域干涉条纹（仪器已准备好）4.2 用打起皮囊打气，使得小气室内空气气压变大，然后缓慢放气4.3 观察屏E，当条纹吞吐整数个时记录p【实验数据及处理结果】=6328A D=3.53 cm p=760 mmHg (mmHg)N012345678p22019416914611999734624p 0265174101121147174196拟合曲线N=Ap+B拟合结果A=24.43 mmHg-1 R2=0.99953 A=0.18 mmHg-1由于n=1+N2Dppn=1.n=AA2=0.0003n=1.00030.0003测量值比较准确，但偏差较大，是由于判断整数个条纹吞吐的有个人主观的成分专心-专注-专业