用邁克爾遜干涉儀測(cè)定激光波長(zhǎng)

1、用邁克爾遜干涉儀測(cè)定激光波長(zhǎng)和鈉光雙線的波長(zhǎng)差姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) l_l_桌號(hào) 教室 基教1303實(shí)驗(yàn)時(shí)間2 0 年 月 日 時(shí)段 指導(dǎo)教師一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .觀察干涉條紋，考查點(diǎn)光源的非定域干涉、面光源的等傾、等厚干涉的形成條件、條紋 特點(diǎn)，加深對(duì)干涉理論的理解；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(huì)用它測(cè)量單色光波波 長(zhǎng)及鈉光雙線的波長(zhǎng)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耳遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉花樣與mi、m2,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)光源產(chǎn)生的非定域干涉非定域干涉

2、是指：圖1邁克爾遜干涉的光路圖he-ne激光光源發(fā)出的球面波先被分束鏡g i分光，然后射向兩個(gè)全反鏡，經(jīng)m1, m2,反射后，在人眼觀察方向就得到兩個(gè)相干的球面波，在它彳門相遇的空間處形成非定域干涉。當(dāng)mj/m2,時(shí)，和mi平行放置的觀察屏上就出現(xiàn)同心圓條紋，圓心在光場(chǎng)的中心。兩虛點(diǎn)光源間距是 mi和m2,間距d的 倍，即圓心處光程差為 。若將屏e放在?t足z d的地方， 光程差可近似為 l = 2dcos。當(dāng) l = 時(shí)形成明條紋當(dāng) l = 時(shí)形成暗條紋。（式中k=0,1,2, 稱為干涉級(jí)）當(dāng)。=0時(shí)，光程差l最7 k級(jí)相應(yīng)的條紋的。角變大，條 紋向中心“收縮”。每“涌出” i 移動(dòng)了 ad

3、距離相應(yīng)地“涌出”上丸=只要從儀器上讀出 mi移藥 式就能測(cè)出光源波長(zhǎng)九。3.單色面光源產(chǎn)生的干涉面光源中/、同的發(fā)光點(diǎn)發(fā)出白 涉儀后可以產(chǎn)生自己的干涉圖樣， 的干涉圖樣由mi、m2的相對(duì)若光源中包含有波長(zhǎng)相近的7到這樣情況：分束鏡所分兩束光a,故圓心a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的干涉 紋沿半徑外移，可看到條紋 或“收縮” 一個(gè)條紋，光程旁 戈“收縮”的條紋數(shù)為2 adnj的距離ad,并數(shù)出中心勺光束雖互不相干，但每一個(gè) 無數(shù)點(diǎn)光源產(chǎn)生的干涉圖樣 位直決je。兩種單色光匕和七,九的光程差恰為%的整數(shù)1級(jí) k最高。移動(dòng)mi,若d增加，與 人中心“涌出”的現(xiàn)象。反之，條三l改變個(gè)波長(zhǎng)。設(shè)min,則 al=2ac=n

4、九，即涌出”或收縮”的條紋數(shù)n ,利用上點(diǎn)光源發(fā)出的光束，經(jīng)邁氏干的疊加結(jié)果所形成的穩(wěn)定可見= %+?-移動(dòng)mi改變d,則可遇音而同時(shí)又為九2的半整數(shù)倍，即：l =這時(shí)，光生成鳧環(huán)的地方，恰為 九 的反襯度為零，這時(shí)視場(chǎng)中將看/、到干涉匚 反襯度增加。當(dāng) 兒的明紋和九2的明紋考慮到九1與%相差很小，故鵬九=只要知道兩波長(zhǎng)的平均值彳和視力 求出兩者的波長(zhǎng)差 az。根據(jù)這一原理2光生成暗環(huán)的地方。若這兩列為條紋。繼續(xù)移動(dòng)m1、九白相重迭時(shí)，反襯度最高v= 1,二、2 一一-2 =()；又 a l=2ad,故，次中心相繼兩次反襯度為零h,可測(cè)量鈉光d雙線的波長(zhǎng)23波強(qiáng)度相等，則這些地方勺明紋和k2的

5、暗紋漸漸錯(cuò)開，,此時(shí)干涉條紋最清晰。t：小所移過的距離ad,就可v二o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)利用水平調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)干涉儀大致水平。(2)調(diào)節(jié)mim2,并觀察非定域干涉：首先放松mm2鏡背后的調(diào)節(jié)螺釘； 調(diào)節(jié)大手輪使 m1鏡移至50mm附近；調(diào)節(jié)兩個(gè)拉簧螺絲至中間位置，即保證向里向外都能擰；接著,.要注意調(diào)整好光路，出射激光光束應(yīng)水平、與分束板成450ji;再取下觀察屏，直接向 mi鏡方向看過去。細(xì)心調(diào)整 mi、m2鏡后的調(diào)節(jié)螺釘，改變反射鏡 的傾度，使 mi鏡里兩列像點(diǎn)中最亮的兩個(gè)點(diǎn)完全重合。此時(shí)，看到光點(diǎn)閃耀跳動(dòng)，并伴有

6、干涉 條紋(不清晰)。這時(shí)，大致有mim2o安上觀察屏即可看到干涉條紋即點(diǎn)光源的非定域干涉條 紋。緩慢、細(xì)心地調(diào)節(jié) m鏡下端的兩個(gè)拉簧螺絲，使干涉條紋呈圓形且圓心大致在視場(chǎng)中心。此時(shí)，基本上做到了 mi，m2。最后輕而緩慢地旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪， 移動(dòng)mi鏡，觀察干涉條紋的變化。由干涉條紋的“涌出”、 “陷入”判斷 mi、m2,間距離d的變化情況。2 .測(cè)氫一窗激光的波長(zhǎng)（1）微調(diào)手輪零點(diǎn)調(diào)節(jié)；（2）消除螺紋間隙誤差；（3）測(cè)量激光波長(zhǎng)開始日（ n = 0）記下mi鏡的位置（d。）。緩慢而均勻地旋轉(zhuǎn)鼓輪，記數(shù)從干涉圓紋中心“涌出”（或陷入）的條紋數(shù)，每隔 20個(gè)條紋記一次 mi的位置（d。、d2。、d

7、4。、d60di8。）。利用得到的數(shù)據(jù)計(jì)算激光波長(zhǎng)，并用不確定度完整表示測(cè)量結(jié)果。單位mmdod20d40d60d80dioodi20di40di60di80dio0 dodi20 - d20di40 - d40di60 - d60di80 - d801a(=() =mm5u尸（寫出計(jì)算關(guān)系式）2：d九=mm =nmnn結(jié)果表示：兒=3 .觀察等傾干涉，測(cè)量鈉黃光d雙線的波長(zhǎng)差。在上面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，移動(dòng) mi,使d=0 （d=0的判斷：理論上當(dāng) d=0時(shí)中央暗紋將擴(kuò)大 到整個(gè)觀察屏上，但是實(shí)驗(yàn)過程中一般觀察不到此現(xiàn)象。d越大時(shí)條紋越密，d越小時(shí)條紋越稀疏，因此我們把干涉條紋間距最大時(shí)認(rèn)定為 d-0,此時(shí)在觀察屏上僅能看到 幾條條紋。）取掉激光器，換上帶毛玻璃片鈉光燈，使光束經(jīng)毛玻璃漫散射后成為均勻的擴(kuò)展面光源照亮分束板gi。在e處用用眼睛向著 gi觀察，將看到圓形等傾干涉條紋。使用粗調(diào)手輪，但旋轉(zhuǎn)要慢，同時(shí)注意觀察反襯度變化。反襯度最大時(shí)條紋最清晰，反襯度為0時(shí)條紋消失。注意尋找相鄰的反襯度為0的幾個(gè)位置。采用逐差法求出id ,計(jì)算鈉光d雙線波長(zhǎng)差又取589.3nm）,用不確定度完整表示測(cè)量結(jié)果。單位mmdid2d3d4d5d6uad=）=mm（寫出計(jì)算關(guān)系式）