邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)與使用實驗報告

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1、WORD文檔下載可編輯實驗十四邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)和使用邁克耳孫干涉儀在近代物理學的發(fā)展中起過重要作用。19世紀末，邁克耳孫（A.A.Michelson）與其合作者曾用此儀器進行了“以太漂移”實驗、標定米尺及推斷光譜精細結(jié)構(gòu)等三項著名的實驗。第一項實驗解決了當時關(guān)于“以太”的爭論，并為愛因斯坦創(chuàng)立相對論提供了實驗依據(jù)；第二項工作實現(xiàn)了長度單位的標準化。邁克耳孫發(fā)現(xiàn)鎘紅線（波長λ=643.84696nm）是一種理想的單色光源?？捎盟牟ㄩL作為米尺標準化的基準。他定義1m=1553164.13鎘紅線波長，精度達到10-9,這項工作對近代計量技術(shù)的發(fā)展作出了重要貢獻；邁克耳孫研究了干涉條

2、紋視見度隨光程差變化的規(guī)律，并以此推斷光譜線的精細結(jié)構(gòu)。今天，邁克耳孫干涉儀已被更完善的現(xiàn)代干涉儀取代，但邁克耳孫干涉儀的基本結(jié)構(gòu)仍然是許多現(xiàn)代干涉儀的基礎?！緦嶒災康呐c要求】1.學習邁克耳孫干涉儀的原理和調(diào)節(jié)方法。2.觀察等傾干涉和等厚干涉圖樣。3.用邁克耳孫干涉儀測定He－Ne激光束的波長和鈉光雙線波長差。【實驗儀器】邁克耳孫干涉儀，He－Ne激光束，鈉光燈，擴束鏡，毛玻璃邁克耳孫干涉儀是應用光的干涉原理，測量長度或長度變化的精密的光學儀器，其光路圖如圖7-1所示。S-激光束；L-擴束鏡；G1-分光板；G2-補償板；M1、M2-反射鏡；E-觀察屏。圖7-1邁克耳孫干涉儀光路圖從

3、氦氖激光器發(fā)出的單色光s，經(jīng)擴束鏡L將光束擴束成一個理想的發(fā)散光束，該光束射到與光束成45?傾斜的分光板G1上，G1的后表面鍍有鋁或銀的半反射膜，光束被半反射膜分成強度大致相同的反射光(1)和(2)。這兩束光沿著不同的方向射到兩個平面鏡M1和M2上，經(jīng)兩平面鏡反射至G1后匯合在一起。仔細調(diào)節(jié)M1和M2，就可以在E技術(shù)資料專業(yè)分享WORD文檔下載可編輯處觀察到干涉條紋。G2為補償板，其材料和厚度與G1相同，用以補償光束(2)的光程，使光束(2)與光束(1)在玻璃中走過的光程大致相等。邁克耳孫干涉儀的結(jié)構(gòu)圖如圖7-2所示。兩平面鏡M1和M2放置在相互垂直的兩臂上。其中平面鏡M2是固定的

4、，平面鏡M1可在精密的導軌上前后移動，以便改變兩光束的光程差，移動范圍在0~100nm內(nèi)。平面鏡M1、M2的背后各有三個微調(diào)螺絲(圖中的3、12)，用以改變平面鏡M1、M2的角度。在平面鏡M2的下端還附有兩個相互垂直的拉簧螺絲10、11，可以細調(diào)平面鏡M2的傾斜度。移動平面鏡M1有兩種方式：一是旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪7可以較快地移動M1：二是旋轉(zhuǎn)微調(diào)鼓輪9可以微量移動M1(如果邁克耳孫干涉儀有緊固螺絲8，則在轉(zhuǎn)動微調(diào)鼓輪前，先要擰緊緊固螺絲8，轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪前必須松開緊固螺絲8，否則會損壞精密絲桿。若沒有緊固螺絲，直接旋轉(zhuǎn)微調(diào)鼓輪9則可微量移動M1)。平面鏡M1的位置讀數(shù)由三部分組成：從導軌上

5、讀出毫米以上的值；從儀器窗口的刻度盤上讀到0.01mm；在微動手輪上最小刻度值為0.0001mm，還可估讀到0.0001mm的1/10?！緦嶒炘怼恳?、等傾干涉條紋等傾干涉條紋是邁克耳孫干涉儀所能產(chǎn)生的一種重要的干涉圖樣。如圖7-1和圖7-3所示，技術(shù)資料專業(yè)分享WORD文檔下載可編輯當M1和M2垂直時，像M'2是M2對半反射膜的虛象，其位置在M1附近。當所用光源為單色擴展光源時，我們在E處觀察到的干涉條紋可以看作實反射鏡M1和虛反射鏡M'2所反射的光疊加而成的。設d為M1、M'2間的距離，θ為入射光束的入射角，θ'為折射角，由于M1、M'2間是空氣層，折射率n=1，θ=θ'。當一

6、束光入射到M1、M2鏡面而分別反射出(1)、(2)兩條光束時，由于(1)、(2)來自同一光束，是相干的，兩光束的光程差δ為當d一定時，光程差δ隨著入射角θ的變化而改變，同一傾角的各對應點的兩反射光線都具有相同的光程差，這樣的干涉，其光強分布由各光束的傾角決定，稱為等傾干涉條紋。當用單色光入射時，我們在毛玻璃屏上觀察到的是一組明暗相間的同心圓條紋，而干涉條紋的級次以圓心為最大(因δ=2dconθ=mλ，當d一定時，θ越小，conθ越大，m的級數(shù)也就越大)。當d減小(即M1向M'2靠近)時，若我們跟蹤觀察某一圈條紋，將看到該干涉環(huán)變小，向中心收縮(因d變小，對某一圈條紋2dconθ保持

7、恒定，此時θ就要變小)。每當d減小λ/2，干涉條紋就向中心消失一個。當M1與M'2接近時，條紋變粗變疏。當M1與M'2完全重合(即d=0)時，視場亮度均勻。技術(shù)資料專業(yè)分享WORD文檔下載可編輯當M1繼續(xù)沿原方向前進時，d逐漸由零增加，將看到干涉條紋一個一個地從中心冒出來，每當d增加λ/2，就從中間冒出一個，隨著d的增加，條紋重疊成模糊一片，圖7-4表示d變化時對于干涉條紋的影響。二、測量光波的波長在等傾干涉條件下，設M1移動距離?d，相應冒出(或消失)的圓條紋數(shù)N，