邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、E一局部從G1半反射膜處反射,射向平sr電光源的泮定域干預(yù)條紋邁克爾遜干預(yù)實(shí)驗(yàn)39042122吳淼摘要：邁克爾遜干預(yù)儀是一個(gè)經(jīng)典邁克爾遜和莫雷設(shè)計(jì)制造出來的精密光學(xué)儀器,在近代物理和近代計(jì)量技術(shù)中都有著重要的應(yīng)用.通過邁克爾遜干預(yù)的實(shí)驗(yàn),我們可以熟悉邁克爾遜干預(yù)儀的結(jié)構(gòu)并掌握其調(diào)整方法,熟悉電光源非定域干預(yù)條紋的形成與特點(diǎn),局部從并利用干預(yù)條紋的變化測(cè)定光源的波長(zhǎng).實(shí)驗(yàn)原理：(1)邁克爾遜干預(yù)儀的光路邁克爾遜干預(yù)儀的光路圖如圖(-)所示.從光源S發(fā)出的一束光攝在分束板G1上,將光束分為兩局部:面鏡M2：另一局部從G1透射,射向平面鏡Ml,圖(一)邁克爾孫干預(yù)儀光路M2均成45°角,所

2、以兩束光均垂直射到Ml、M過半反射膜；從M2反射回來的光,為半反射膜反射.二者聚集成一束光,在E處即可觀察到干預(yù)條紋.光路中另一平行平板G2與G1平行,其材料厚度與G1完全相同,以補(bǔ)償兩束光的光程差,稱為補(bǔ)償板.在光路中,Ml,是Ml被G1半反射膜反射所形成的虛像,兩束相干光相當(dāng)于從Ml,和M2反射而來,邁克爾遜干預(yù)儀產(chǎn)生的干預(yù)條紋如同M2和Ml,之間的空氣膜所產(chǎn)生的干預(yù)條紋一樣.2d(2)單色M2平行發(fā)出的光,而對(duì)L樣.乂由于半反S(P2S'2Ml,且相距為d,S發(fā)出的光對(duì)M2來說,如S,Mi射膜G的作用,Ml如同處于S1力勺位于E處的觀察者來說,S,如位于S7一置,所以E處觀察到的

3、干預(yù)條紋,猶如SI,、S)發(fā)出的球面波,它們?cè)诳臻g處處相干,把觀察屏放在E空間不同位置,都可以看到干預(yù)花紋,因此這一干預(yù)為非定域干預(yù).如果把觀察屏放在垂直于SI,、S2,的位置上,那么可以看到一組同心圓,而圓心就是SI.、S2的連線與屏的交點(diǎn)E.設(shè)E處(ES2=L)的觀察屏上,離中央E點(diǎn)遠(yuǎn)處某一點(diǎn)P,EP的距離為R,那么兩束光的光程差為AL=yj(L+2d)2+R?-"?+心Ld時(shí),展開上式并略去(f/L?,那么有AL=2Zz/=2dcosg式中W是圓形干預(yù)條紋的傾角.所以殼紋條件為2dcos0=kA.(k=0,l,2,)由此式可知,當(dāng)k、0一定時(shí),如果d逐漸減小,那么cosR將增大

4、,即8角逐漸減小.也就是說,同一k級(jí)條紋,當(dāng)d減小時(shí),該圓環(huán)半徑減小,看到的現(xiàn)象是干預(yù)圓環(huán)內(nèi)縮；如果d逐漸增大,同理看到的現(xiàn)象是干預(yù)條紋外擴(kuò).對(duì)于中央條紋,假設(shè)內(nèi)縮或外擴(kuò)N次,那么光程差變化為2Ad=N?i.式中,Ad為d的變化量,所以有入=2Ad/N通過此式那么能有變化的條紋數(shù)目求出光源的波長(zhǎng).實(shí)驗(yàn)儀器：邁克爾遜干預(yù)儀、氮敏激光器、小孔、擴(kuò)束鏡、毛玻璃.實(shí)驗(yàn)步驟:(1)邁克爾遜干預(yù)儀的調(diào)整調(diào)節(jié)激光器,使激光束水平地射到Ml、M2反射鏡中部并垂直于儀器導(dǎo)軌.首先將Ml、M2反面的三個(gè)螺釘及兩個(gè)微調(diào)拉簧均擰成半松,然后上下移動(dòng)、左右旋轉(zhuǎn)激光器俯仰,使激光器入射到Ml、M2反射鏡中央,并使Ml、M

5、2放射回來的光點(diǎn)回到激光束輸出鏡面中央.調(diào)節(jié)Ml、M2互相垂直在光源前放置一小孔,讓激光束通過小孔入射到Ml、M2上,根據(jù)放射光點(diǎn)的位置對(duì)激光束做進(jìn)一步細(xì)調(diào),在此根底上調(diào)整Ml、M2反面的三個(gè)方位螺釘,使兩鏡的反射光斑均與小孔重合,這時(shí)Ml于M2根本垂直.(2)點(diǎn)光源非定域干預(yù)條紋的觀察和測(cè)量將激光器用擴(kuò)束鏡擴(kuò)束,以獲得點(diǎn)光源,這時(shí)毛玻璃觀察屏上應(yīng)出現(xiàn)條紋.調(diào)節(jié)Ml鏡下方微調(diào)拉簧,使之產(chǎn)生圓環(huán)非定域干預(yù)條紋,這時(shí)Ml與M2的垂直程度進(jìn)一步提升.將另外一塊毛玻璃放到擴(kuò)束鏡與干預(yù)儀之間以獲得面光源.放下毛玻璃觀察屏,用眼睛直接觀察干預(yù)環(huán),同時(shí)仔細(xì)調(diào)節(jié)Ml的兩個(gè)微調(diào)拉簧,直至眼睛上下左右晃動(dòng)時(shí),各干

6、預(yù)環(huán)大小不變,即干預(yù)環(huán)中央沒有被吞吐,只是圓環(huán)整體隨眼睛一起平動(dòng).此時(shí)得到面光源定域等傾干預(yù)條紋,說明Ml與M2嚴(yán)格垂直.移走小塊毛玻璃,將毛玻璃觀察屏放回原處,仍觀察點(diǎn)光源等傾干預(yù)條紋.改變d值,使條紋外擴(kuò)或內(nèi)縮,利用公式入=2Ad/N測(cè)出激光的波長(zhǎng).要求圓環(huán)中央每吞吐1000個(gè)條紋,即明暗變化100次記下一個(gè)d值,連續(xù)測(cè)量10個(gè)d值.數(shù)據(jù)記錄與處理:實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)012345讀數(shù)dmm41.3365441.3689641.4009541.4326041.4639741.49571實(shí)驗(yàn)次數(shù)678910讀數(shù)dmm41.5270441.5595841.5916341.6237541.656

7、53實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理*1123456再=M0100200300400500x=441.3365441.3689641.4009541.4326041.4639741.49571Am;=_N16006006000600600Aq=一djmm0.190500.190620.190680.191150.1925617891011再=M6007008009001000y,=441.5270441.5595841.5916341.6237541.65653由AdJN2可得5_di5b=yy=y(J+I.-4)=3.18503XIO-4mm5白N+M5白A=2b=637.01mm5_£()-y)()

8、')二=3.8085x10-4/h/h5x4ub(Ay)=2.8868x10"mmw(Ay)=J14(Ay)2+(Ay)F=3.8194x104mm2±(X)=(637±4)n/n誤差分析：實(shí)驗(yàn)中空程沒能完全消除；實(shí)驗(yàn)對(duì)每一白條條紋的開始計(jì)數(shù)點(diǎn)和計(jì)數(shù)結(jié)束點(diǎn)的判定存在誤差；實(shí)驗(yàn)中讀數(shù)時(shí)存在隨機(jī)誤差；實(shí)驗(yàn)器材受環(huán)境中的振動(dòng)等因素的干擾產(chǎn)生偏差.感想：邁克爾遜和莫雷以邁克爾遜干預(yù)儀為根底共同進(jìn)行了著名的邁克耳遜一莫雷實(shí)驗(yàn),這個(gè)試驗(yàn)排除了以太的存在,為狹義相對(duì)論的誕生提供了根底,同時(shí)邁克爾遜也因此獲得1907年的諾貝爾獎(jiǎng),足可見邁克爾遜干預(yù)儀的重要性.時(shí)至今日,邁

9、克爾遜干預(yù)儀作為緊密測(cè)量?jī)x器的始祖,其地位不但沒有降低,而是在科學(xué)界和生活中繼續(xù)發(fā)揮著重要的作用.在傳統(tǒng)精密測(cè)量方面,邁克爾遜干預(yù)儀可以用來進(jìn)行微小位移量和微振動(dòng)的測(cè)量,進(jìn)行壓電材料的逆壓電效應(yīng)研究,實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)位移的測(cè)量、薄透明體的原度及折射率的同時(shí)測(cè)量、氣體濃度的測(cè)量和引力波探測(cè),組裝后也能測(cè)量微小的角度.隨著光纖技術(shù)的產(chǎn)生,隨即乂產(chǎn)生了光纖邁克爾遜干預(yù)儀,光纖邁克爾遜干預(yù)儀可用來進(jìn)行混凝土內(nèi)部應(yīng)變的測(cè)量、地震波加速度的測(cè)量和溫度的測(cè)量,應(yīng)用范圍擴(kuò)展到民用.同時(shí),邁克爾遜干預(yù)儀作為傅里葉紅外吸收光譜儀、干預(yù)成象光譜技術(shù)、光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)及微型集成邁克爾遜干預(yù)儀的核心儀器,其作用更是不可忽略.一個(gè)邁克爾遜實(shí)驗(yàn),不但讓我領(lǐng)悟到邁克爾遜設(shè)計(jì)干預(yù)儀的巧妙和智慧,也更讓我知道