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1、迈克耳逊干涉仪1目 录一.一.实验背景实验背景二.二.实验目的实验目的三.三.实验原理实验原理四.四.仪器介绍仪器介绍五.五.实验内容与步骤实验内容与步骤六.六.数据处理数据处理七.七.思考题思考题2 光的干涉现象是光的波动性的一种表现当一束光被分成两束，经过不同路径再相遇时，如果光程差小于该束光的相干长度，将会出现干涉现象。迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器。自1881年问世以来，迈克尔逊用它完成了三个著名实验：否定“以太”的迈克尔逊莫雷实验；光谱精细结构和利用光波波长标定长度单位。迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性根据迈克尔逊干涉
2、仪的基本原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域。一一.实验背景实验背景3二二.实验目的实验目的学会调节和使用迈克尔逊干涉仪；观察迈克尔逊干涉仪的干涉现象，理解等倾干涉条纹和等厚干涉条纹的产生与特点；使用迈克尔逊干涉仪测定钠双线平均波长。4迈克尔逊干涉仪光路空气薄膜的等倾干涉空气薄膜的等厚干涉三三.实验原理实验原理5迈克尔逊干涉仪光路迈克尔逊干涉仪光路 P1和P2是两块完全相同的玻璃板，在P1的后表面上镀有半透明的银膜，能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光，称为分光板。P1和P2与M1和M2成45角。由光源发出的光束，通过分光板P1分成反射光束1和透射光束2，分别射向M2和M1，并被
3、反射回到P1。由于两束光是相干光，从而产生干涉。干涉仪中P2称为补偿板，是为了使光束2同光束1一样三次通过玻璃板，保证两光束间的光程差不致过大。由于P1银膜的反射，使在M2附近形成M1的一个虚象M1。则光束1和光束2的干涉等效于由M2和M1之间空气薄膜而产生。6空气薄膜的等倾干涉空气薄膜的等倾干涉 P1银膜的反射，使在M2附近形成M1的一个虚象M1，光束1和光束2的干涉等效于M2和M1反射光的干涉。M2与M1 平行时，M2 与M1 之间的空气薄膜的厚度d为常数。当光线垂直入射时，M2 与M1 反射光束的光程差为2d，等效于S2与S1两个相距2d两相干光源发出的光。相干相干光束光束7空气薄膜的等
4、倾干涉空气薄膜的等倾干涉 光线以任意角度入射时，光程差，与空气薄膜d、光线入射角有关，空气折射率n=1。d不变时，相同的地方形成一条圆环，这些干涉条纹为等倾干涉条纹。透镜透镜空气薄膜d的厚度变化，与条纹的改变数成正比，即d改变/2，即可冒出或消失一圈明环或一圈暗环。8空气薄膜的等倾干涉空气薄膜的等倾干涉则待测光的波长为：N，为条纹变化数；d，为M2和M1间空气薄膜的厚度改变量。9空气薄膜的等厚干涉空气薄膜的等厚干涉10若两个平面镜没有严格垂直，M1和M2 不平行，此时的干涉为等厚干涉。空气薄膜的等厚干涉空气薄膜的等厚干涉aa楔角减小楔角增大aa间距d增大，楔角不变间距d减小，楔角不变11四四.
5、仪器介绍仪器介绍12 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。M2位置的读数为：.(mm)。在mm刻度尺上读出；由读数窗口内刻度盘读出；由微动手轮上刻度读出，最后一位要估读。MM2位置（位置（d d 0 0、d d5 05 0）读数）读数如图，读数为：如图，读数为：33.52246 mm1312光源光源E旋转粗动手轮旋转粗动手轮,MM2 2沿导轨移动沿导轨移动旋转旋转MM1 1 和和MM2 2 后面的两个螺钉后面的两个螺钉可以改变它们的倾角方向可以改变它们的倾角方向五五.实验内容与操作步骤实验内容与操作步骤 (40(40分分)迈克耳逊干涉仪的调节迈克耳逊干涉仪的调节MM1 1
6、 下方还有下方还有两个微调螺钉两个微调螺钉14迈克耳逊干涉仪的调节迈克耳逊干涉仪的调节1 1）点亮钠灯）点亮钠灯,使之照射毛玻璃屏，形成均匀的扩展光源，在毛玻使之照射毛玻璃屏，形成均匀的扩展光源，在毛玻璃屏上加十字线。璃屏上加十字线。2 2）旋转粗动手轮，使）旋转粗动手轮，使MM1 1和和MM2 2至至P P1 1镀膜面的距离大致相等，即两镀膜面的距离大致相等，即两者之间的距离在相干长度范围之内。沿者之间的距离在相干长度范围之内。沿EPEP1 1 方向观测，将看到十方向观测，将看到十字线的双影。字线的双影。3 3）仔细调节）仔细调节 M M1 1 和和MM2 2 背后的两个螺丝，改变背后的两个
7、螺丝，改变MM1 1和和 M M2 2 的相对方的相对方位，直到双影在水平方向和竖直方向完全重合，这时可以观察到位，直到双影在水平方向和竖直方向完全重合，这时可以观察到干涉条纹。干涉条纹。4 4）细致缓慢调节）细致缓慢调节MM1 1 下方的两个微调螺丝，使干涉条纹成圆形，下方的两个微调螺丝，使干涉条纹成圆形，并且圆纹中心仅随观察者的眼睛上下左右移动而移动。如果眼睛并且圆纹中心仅随观察者的眼睛上下左右移动而移动。如果眼睛移动时，看到干涉环有移动时，看到干涉环有“涌出涌出”或者或者“陷入陷入”的现象，说明的现象，说明MM1 1 和和MM2 2没有严格垂直，应没有严格垂直，应继续调节。继续调节。15
8、1 1）调整读数系统。在整个测量过程中只能以同方向转动微调手轮使）调整读数系统。在整个测量过程中只能以同方向转动微调手轮使MM2 2镜移动，开始测量前应将微调手轮转动若干周，消除空程差，直镜移动，开始测量前应将微调手轮转动若干周，消除空程差，直到干涉条纹稳定移动后方可开始计数测量。到干涉条纹稳定移动后方可开始计数测量。2 2）用等倾干涉条纹测钠光灯波长。缓慢转动微调手轮，让调好的等）用等倾干涉条纹测钠光灯波长。缓慢转动微调手轮，让调好的等倾干涉条纹倾干涉条纹“涌出涌出”（或（或“陷入陷入”）。依次记录当干涉条纹）。依次记录当干涉条纹“涌出涌出”（或（或“陷入陷入”）的条纹数）的条纹数k=50k
9、=50时，时，MM2 2镜位置所对应的读数镜位置所对应的读数d d0 0、d d1 1、d d2 2，将数据填入表格，连续测量，将数据填入表格，连续测量6 6个个d d值，使用逐差法进行值，使用逐差法进行数据处理。数据处理。3 3）根据公式：）根据公式：，计算出平均波长计算出平均波长，与标准值（钠灯光有与标准值（钠灯光有589.0nm589.0nm和和589.6nm589.6nm两条谱线，平均波长为两条谱线，平均波长为 589.589.nmnm）比较。）比较。测量钠光灯平均波长测量钠光灯平均波长16位置位置d d0 0/mm/mmd d1 1/mm/mmd d2 2/mm/mmd d3 3/m
10、m/mmd d4 4/mm/mmd d5 5/mm/mm数据数据钠光灯平均波长数据记录钠光灯平均波长数据记录 (每涌出陷入条干涉条纹记一次每涌出陷入条干涉条纹记一次d d值值)六、数据处理六、数据处理 (30(30分分)利用逐差法处理得到利用逐差法处理得到，计算钠光的平均波长计算钠光的平均波长 相对误差：相对误差：17七、思考题七、思考题 (10(10分分)2、试比较分析牛顿环的圆环形干涉条纹和迈克尔逊、试比较分析牛顿环的圆环形干涉条纹和迈克尔逊干涉仪的圆环形干涉条纹。干涉仪的圆环形干涉条纹。1、用钠光灯调节干涉条纹时、用钠光灯调节干涉条纹时,如已确实使得叉丝的如已确实使得叉丝的双影重合双影重合,但条纹并未出现但条纹并未出现,可能是原因可能是原因?该如何调节该如何调节?18