邁克爾遜干涉儀

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1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報告(邁克爾遜干涉儀)邁克爾遜干涉儀姓名學(xué)號班級桌號同組人教室基-1303實(shí)驗(yàn)時間2015年月日時段指導(dǎo)教師一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．考查點(diǎn)光源的非定域干涉、面光源的等傾干涉的形成條件、條紋特點(diǎn)，加深對干涉理論的理解；圖1邁克爾遜干涉的光路圖2．熟悉邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)及調(diào)整和使用方法；學(xué)會用它測量單色光波波長及鈉光雙線的波長差。二、實(shí)驗(yàn)儀器邁克爾遜干涉儀，激光器，鈉光燈三、實(shí)驗(yàn)原理（預(yù)習(xí)填寫空白內(nèi)容）1．產(chǎn)生干涉的等效光路邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉花樣與M1、M2ˊ間的空氣薄膜（厚度為d）所產(chǎn)生的干涉是一樣的。2．單色點(diǎn)光

2、源產(chǎn)生的非定域干涉非定域干涉是指：He-Ne激光光源發(fā)出的球面波先被分束鏡G1分光，然后射向兩個全反鏡，經(jīng)M1，M2ˊ反射后，在人眼觀察方向就得到兩個相干的球面波，在它們相遇的空間處形成非定域干涉。當(dāng)M1∥M2ˊ時，和M1平行放置的觀察屏上會出現(xiàn)同心圓干涉條紋，圓心在光場的中心。兩虛點(diǎn)光源間距是M1和M2ˊ間距d的倍，即圓心處光程差為。若將屏E放在滿足Z>>d的地方，光程差可近似為L＝2dcosθ當(dāng)L＝時形成明條紋當(dāng)L＝時形成暗條紋。（式中k=0,1,2…稱為干涉級）石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第5頁共5頁大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報告(邁克爾遜干涉儀)

3、當(dāng)θ＝0時，光程差L最大，故圓心A點(diǎn)對應(yīng)的干涉級k最高。移動M1，若d增加，與k級相應(yīng)的條紋的θ角變大，條紋沿半徑外移，可看到條紋從中心“涌出”的現(xiàn)象。反之，條紋向中心“收縮”。每“涌出”或“收縮”一個條紋，光程差L改變個波長。設(shè)M1移動了Δd距離相應(yīng)地“涌出”或“收縮”的條紋數(shù)為N，則ΔL＝2Δd=N，即＝只要從儀器上讀出M1移動的距離Δd，并數(shù)出中心“涌出”或“收縮”的條紋數(shù)N，利用上式就能測出光源波長。3．單色面光源產(chǎn)生的干涉面光源中不同的發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的光束雖互不相干，但每一個點(diǎn)光源發(fā)出的光束，經(jīng)邁克爾遜干涉儀后可以產(chǎn)生自己的干涉圖樣

4、，無數(shù)點(diǎn)光源產(chǎn)生的干涉圖樣的疊加，所形成的穩(wěn)定可見的干涉圖樣由M1、M2ˊ的相對位置決定。若光源中包含有波長相近的兩種單色光。移動M1改變d，則可遇到這樣情況：分束鏡所分兩束光的光程差恰為的整數(shù)倍而同時又為的半整數(shù)倍，即：L＝這時，光生成亮環(huán)的地方，恰為光生成暗環(huán)的地方。若這兩列光波強(qiáng)度相等，則這些地方的反襯度為零，這時視場中將看不到干涉條紋。繼續(xù)移動的明紋和的暗紋漸漸錯開，反襯度增加。當(dāng)?shù)拿骷y和的明紋相重迭時，反襯度最高V＝1，此時干涉條紋最清晰?？紤]到與相差很小，故；又ΔL＝2Δd，故有：只要知道兩波長的平均值和視場中心相繼兩次反襯度

5、為零時，M1所移過的距離Δd，就可求出兩者的波長差。根據(jù)這一原理，可測量鈉光D雙線的波長差。石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第5頁共5頁大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報告(邁克爾遜干涉儀)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．邁克爾遜干涉儀調(diào)節(jié)（閱讀教材，填寫箭頭指向部件的名稱）圖2邁克爾遜干涉儀1）放松M1、M2鏡背后的調(diào)節(jié)螺釘；調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪使M1鏡移至50mm附近；調(diào)節(jié)兩個拉簧螺絲至中間位置，即保證上下（或左右）都能擰；調(diào)整光路，讓光纖水平，出射激光光束應(yīng)水平、與分束板成45o角入射；2）取下觀察屏，穿過分束板向M1鏡方向看過去。細(xì)心調(diào)整M1、M2鏡后的調(diào)節(jié)螺釘，改變反射鏡的傾度

6、，使兩列像點(diǎn)中最亮的兩個點(diǎn)在M1中心附近完全重合。（會看到光點(diǎn)閃耀，伴有不清晰的干涉條紋）。3）安上觀察屏，仔細(xì)觀察可看到干涉條紋，即點(diǎn)光源的非定域干涉條紋。緩慢調(diào)節(jié)M2鏡下端的兩個拉簧螺絲，使干涉條紋呈圓形且圓心大致在視場中心（請?zhí)貏e注意拉簧螺絲的使用）。若找不到干涉條紋，或無法將圓環(huán)調(diào)到觀察屏中心，則需調(diào)整上一步M1中最亮點(diǎn)的位置。4）輕而緩慢地旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪，移動M1鏡，觀察干涉條紋的變化。由干涉條紋的“涌出”、“陷入”判斷M1、M2ˊ間距離d的變化情況。5）調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪減小間距d，使衍射環(huán)放到到合適測量的大小，準(zhǔn)備測量。石家莊鐵道大

7、學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心第5頁共5頁大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報告(邁克爾遜干涉儀)2．測He-Ne激光的波長1）旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪，消除螺紋間隙誤差（注意：以后旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪和微調(diào)手輪時，都與此次旋轉(zhuǎn)方向一致）；2）旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪，使其對準(zhǔn)零點(diǎn)，再旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪，讓其對準(zhǔn)任一整刻度線；（課本105-106頁）；3）測量激光波長開始時（N＝0）記下M1鏡的位置（d0）。緩慢而均勻地旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪，記數(shù)從干涉圓紋中心“涌出”（或陷入）的條紋數(shù)，每隔20個條紋記一次M1的位置（d0、d20、d40、d60……d180）。利用得到的數(shù)據(jù)計算激光波長，并用不確定度完整表示測量結(jié)果。單

8、位mmd0d20d40d60d80d100d120d140d160d180d100－dod120－d20d140－d40d160－d60d180－d80Δd=()=mmuΔd=（寫出計算關(guān)系式