邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用(實(shí)驗(yàn)報(bào)告）

1、邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用姓名： 趙 云 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)日期： 2007-9-1下午 實(shí)驗(yàn)教室： 5204 指導(dǎo)教師： 【實(shí)驗(yàn)名稱】邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)其調(diào)節(jié)方法；2調(diào)節(jié)非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉條紋，了解非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉的形成條件及條紋特點(diǎn)； 3利用白光干涉條紋測(cè)定薄膜厚度。【實(shí)驗(yàn)儀器】邁克爾遜干涉儀（20040151），he-ne激光器（20001162），擴(kuò)束物鏡【實(shí)驗(yàn)原理】1. 邁克爾遜干涉儀圖1是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖g1和g2是兩塊平行放置的平行平面玻璃板，它們的折射率

2、和厚度都完全相同。g1的背面鍍有半反射膜，稱作分光板。g2稱作補(bǔ)償板。m1和m2是兩塊平面反射鏡，它們裝在與g1成45角的彼此互相垂直的兩臂上。m2固定不動(dòng)，m1可沿臂軸方向前后平移。由擴(kuò)展光源s發(fā)出的光束，經(jīng)分光板分成兩部分，它們分別近于垂直地入射在平面反射鏡m1和m2上。經(jīng)m1反射的光回到分光板后一部分透過(guò)分光板沿e的方向傳播，而經(jīng)m2反射的光回到分光板后則是一部分被反射在e方向。由于兩者是相干的，在e處可觀察到相干條紋。光束自m1和m2上的反射相當(dāng)于自距離為d的m1和m2上的反射，其中m2是平面鏡m2為分光板所成的虛像。因此，邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉與厚度為d、沒(méi)有多次反射的空氣平行平

3、面板所產(chǎn)生的干涉完全一樣。經(jīng)m1反射的光三次穿過(guò)分光板，而經(jīng)m2反射的光只通過(guò)分光板一次，補(bǔ)償板就是為消除這種不對(duì)稱性而設(shè)置的。雙光束在觀察平面處的光程差由下式給定：2dcosi式中：d是m1和m2之間的距離，i是光源s在m1上的入射角。邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉條紋的特性與光源、照明方式以及m1和m2之間的相對(duì)位置有關(guān)。2等傾干涉如下圖所示，當(dāng)m2與m1嚴(yán)格垂直，即m2與m1嚴(yán)格平行時(shí)，所得干涉為等傾干涉。干涉條紋為位于無(wú)限遠(yuǎn)或透鏡焦平面上明暗的同心圓環(huán)。干涉圓環(huán)的特征是：內(nèi)疏外密。由等傾干涉理論可知：當(dāng)m1、m2之間的距離d減小時(shí)，任一指定的k級(jí)條紋將縮小其半徑，并逐漸收縮而至中心處消失，

4、即條紋“陷入”；當(dāng)d增大，即條紋“外冒”，而且m1與m2的厚度越大，則相鄰的亮（或暗）條紋之間距離越小，即條紋越密，越不易辨認(rèn)。每“陷入”或“冒出”一個(gè)圓環(huán)，d就相應(yīng)增加或減少/2的距離。如果“陷入”或“冒出”的環(huán)數(shù)為n，d的改變量為d，則：d=n*/2則：2dn 若已知d和n，就可計(jì)算出。 i2 a1 i1 b1【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】（一）調(diào)整邁克爾遜干涉儀，觀察非定域干涉、等傾干涉的條紋 對(duì)照實(shí)物和講義，熟悉儀器的結(jié)構(gòu)和各旋鈕的作用； 點(diǎn)燃hene激光器，使激光大致垂直m1。這時(shí)在屏上出現(xiàn)兩排小亮點(diǎn)，調(diào)節(jié)m1和m2背面的三個(gè)螺釘，使反射光和入射光基本重合（兩排亮點(diǎn)中最亮的點(diǎn)重合且與入射光基本重

5、合）。這時(shí)，m1 和m2大致互相垂直，即m1、m2大致互相平行。 在光路上放入一擴(kuò)束物鏡組，它的作用是將一束激光匯聚成一個(gè)點(diǎn)光源，調(diào)節(jié)擴(kuò)束物鏡組的高低、左右位置使擴(kuò)束后的激光完全照射在分光板g1上。這時(shí)在觀察屏上就可以觀察到干涉條紋（如完全沒(méi)有，請(qǐng)重復(fù)上面步驟）再調(diào)節(jié)m1下面的兩個(gè)微調(diào)螺絲使m1、m2更加平行，屏上就會(huì)出現(xiàn)非定域的同心圓條紋。 觀察等傾干涉的條紋。（二）測(cè)量hene激光的波長(zhǎng) 回到非定域的同心圓條紋，轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)和微動(dòng)手輪，觀察條紋的變化：從條紋的“涌出”和“陷入”說(shuō)明m1、m2之間的距離d是變大？變??？觀察并解釋條紋的粗細(xì)、疏密和d的關(guān)系。 將非定域的圓條紋調(diào)節(jié)到相應(yīng)的大?。ㄗ筮?/p>

6、標(biāo)尺的讀數(shù)為32mm附近），且位于觀察屏的中心。 轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪使圓條紋穩(wěn)定的“涌出”（或“陷入”），確信已消除“空回誤差”后，找出一個(gè)位置（如剛剛“涌出”或“陷入”）讀出初始位置d1。 緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪，讀取圓條紋“涌出”或“陷入”中心的環(huán)數(shù)，每50環(huán)記錄相應(yīng)的d2、d3、d4 反方向轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪，重復(fù)、記錄下“陷入”（或“涌出”）時(shí)對(duì)應(yīng)的di/。 數(shù)據(jù)記錄參考表（如上），按公式計(jì)算出hene激光的波長(zhǎng)。用與其理論值相比較得出百分差表示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！咀⒁馐马?xiàng)】1、 任何光學(xué)面不得用手摸，如需要用鏡頭紙輕輕擦拭。2、 本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是粗調(diào)即步驟，需反復(fù)調(diào)節(jié)m1和m2背面的三個(gè)螺釘，但必須均勻

7、調(diào)節(jié)，否則會(huì)造成儀器的損壞。由于邁克爾遜干涉儀的測(cè)量精度較高，反方向轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪測(cè)量另一組數(shù)據(jù)時(shí)，一般需要轉(zhuǎn)動(dòng)20多圈方可消除“空回誤差”，這時(shí)也可直接反方向轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪達(dá)到消除“空回誤差”的目的【數(shù)據(jù)記錄】1.測(cè)量hene激光的波長(zhǎng)：ki涌 出陷 入di(mm)di(mm)di/(mm)di/(mm)k054.7438254.54123k0+5054.7616354.52504k0+10054.7770554.50927k0+15054.7932654.49211k0+20054.8093954.47658k0+25054.8248054.45958【數(shù)據(jù)處理】可通過(guò)逐差法求he-ne激光的

8、波長(zhǎng)涌出陷入百分誤差：【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】【問(wèn)題討論】1 在實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)節(jié)m1和m2相互垂直（m1和m2相互平行）時(shí)，是在沒(méi)有干涉條紋出現(xiàn)的情形下，利用觀察視場(chǎng)中兩個(gè)光點(diǎn)的位置來(lái)操作的，但實(shí)際會(huì)發(fā)現(xiàn)，這樣的光點(diǎn)一般都有很多。這些光點(diǎn)的出現(xiàn)是源于入射光束在被分光鏡分為兩束以及它們?cè)趥鬏斶^(guò)程中所經(jīng)過(guò)的多個(gè)玻璃折射，反射后。試根據(jù)圖1所示的主光路傳輸路徑，總結(jié)一套快速正確地選定對(duì)應(yīng)觀測(cè)光點(diǎn)的方法。 由圖1可見，入射光束在分光鏡的第1表面和分束面都會(huì)有部分光向m1方向反射，經(jīng)m1再次反射后，從觀察屏上看到的右邊光點(diǎn)是由分束面反射，即我們所要的對(duì)應(yīng)光點(diǎn)。透過(guò)分束鏡的光經(jīng)m2鏡反射后，在補(bǔ)償片的兩個(gè)界面會(huì)形成兩個(gè)向觀察方向反射的