邁克爾遜實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、邁克爾遜干涉儀測波長實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 實(shí)驗(yàn)名稱：邁克爾遜干涉儀測波長 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)；2）掌握邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)；3）觀察光的等傾干涉現(xiàn)象并掌握波長的方法；4）掌握逐差法處理數(shù)據(jù)。 2實(shí)驗(yàn)儀器He-Ne激光器、擴(kuò)束透鏡、邁克爾遜干涉儀 3實(shí)驗(yàn)原理邁克爾遜干涉儀的光學(xué)系統(tǒng)如圖。它由分光板G、補(bǔ)償板H、定反射鏡M1和動(dòng)反射鏡M2組成。M1和M2互相垂直，分光板和補(bǔ)償板是一對材料和外型完全相同的平板光學(xué)玻璃，它們相互平行并分別和M1、M2成大致45度夾角，分光板的次數(shù)不同引起的光程差。來自點(diǎn)光源（或擴(kuò)展光源）的光，入射到分光板上，分為強(qiáng)度相同的光線“1”和光線“2”的相干光，并分

2、別由M1和M2反射后投射到光屏上（對于擴(kuò)展光源用眼睛正對著觀察）產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。由于M1和M2垂直，可以等價(jià)地看成M2的虛象和M1形成一個(gè)厚度d為的空氣隙，d的大小隨M2的位置改變而改變，所以兩光線的光程差可由下式確定： （1）式中i為光線“1”對M2的入射角。當(dāng)d一定時(shí)，由i確定，i相同的方向上光程差相等，形成了等傾干涉條紋。且滿足： k=0、1、2、3 （2）呈亮條紋： k=0、1、2、3 （3）呈暗條紋。條紋呈明暗相間的同心環(huán)，這和牛頓環(huán)干涉條紋相似，但不同的是本同心環(huán)外側(cè)干涉級別低，越靠圓心干涉級別越高。圓心干涉級別最高?，F(xiàn)分析一下（2）式。對于第級亮條紋，有： （4）當(dāng)d增大時(shí)，為了保

3、證（4）式仍成立ik必須也增大，即k級亮條紋往外擴(kuò)大，反之，減小時(shí)，ik也必須減小，k級亮條紋往內(nèi)縮小。特別地考慮i=0（即圓心）處。滿足： （5）時(shí)為亮條紋。那么，d增大時(shí)，中心亮條紋的級別K增大，中心往外冒出亮條紋，d減小時(shí)，中心亮條紋級別減小，亮條紋往中心收進(jìn)。每當(dāng)d改變時(shí)，中心處就冒出或收進(jìn)一個(gè)干涉條紋。當(dāng)d改變時(shí)，中心處就冒出或收進(jìn)n個(gè)干涉條紋。根據(jù)這種現(xiàn)象，可以測定光波波長。假設(shè)動(dòng)鏡M2原在位置D1上，現(xiàn)移動(dòng)M2的位置，同時(shí)觀察并計(jì)算中心亮條紋冒出或收進(jìn)的數(shù)目，當(dāng)M2移至位置D2時(shí)，相應(yīng)地冒出或收進(jìn)的亮條紋數(shù)目N。就有： 4預(yù)備1）對照實(shí)驗(yàn)講義和預(yù)習(xí)內(nèi)容，先花大約10-15分鐘的時(shí)

4、間熟悉儀器。2）了解實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，對照實(shí)物進(jìn)一步了解對實(shí)驗(yàn)原理。 5實(shí)驗(yàn)過程 1） 調(diào)整He-Ne激光器所發(fā)的光線與定鏡之間的光路垂直，具體做法：調(diào)節(jié)激光器的位置、高度和角度，直到入射光和定鏡的反射光重合。2） 觀察光屏，同時(shí)調(diào)節(jié)定鏡后面的三個(gè)螺絲，一直到定鏡的反射光與動(dòng)鏡的反射光一一對應(yīng)重合為止。3） 放入擴(kuò)束鏡觀察干涉條紋。4） 繼續(xù)調(diào)節(jié)定鏡后面的三個(gè)螺絲或者利用微調(diào)裝置調(diào)整干涉條紋的中心位置，使同心圓的圓心大致處于光斑的中心位置。5） 確定動(dòng)鏡位置的主尺讀數(shù)（先將細(xì)調(diào)手輪讀數(shù)調(diào)為0，再將粗調(diào)手輪讀數(shù)調(diào)為0，觀察主尺讀數(shù)）。6） 按一個(gè)固定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)調(diào)手輪直到干涉條紋能穩(wěn)定地隨細(xì)調(diào)

5、手輪的變化而變化。7） 待干涉條紋隨細(xì)調(diào)手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)變化10次以上，記下此時(shí)動(dòng)鏡的位置。8） 按學(xué)內(nèi)容所要求的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作6實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)的問題及注意事項(xiàng)1） 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)鏡的位置在4050mm之間可以獲得比較滿意的干涉圖象。2） 光斑重合，這是本實(shí)驗(yàn)最困難的部分，解決技巧：取下光屏，用手拿一張白紙代替光屏，利用手臂延長光路，使得光斑是否重合變得更容易觀察。3） 注意不論是粗調(diào)手輪或者是微調(diào)手輪在實(shí)驗(yàn)過程中途不得倒轉(zhuǎn)，否則會(huì)產(chǎn)生很大的回轉(zhuǎn)誤差。4） 實(shí)驗(yàn)過程中眼睛容易疲勞，可適當(dāng)休息片刻再繼續(xù)。5） 意外事故：實(shí)驗(yàn)中途當(dāng)光路遭意外破壞后，可重新調(diào)整光路繼續(xù)實(shí)驗(yàn)（因?yàn)閯?dòng)鏡位置沒因光路的破壞

6、而變化。）6） 使用干涉儀時(shí)不要使工作臺(tái)震動(dòng)。7） 不可用手或其他物品觸摸其光學(xué)表面。8） 切勿正對著光學(xué)表面講話。7實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)本實(shí)驗(yàn)所用的激光器平均波長為632.8納米。8實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢查方法1） 檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：干涉條紋每隔400次變化后，動(dòng)鏡相應(yīng)的變化量，按理論推算應(yīng)為0.12656mm。2） 如數(shù)據(jù)不理想，則檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中干涉條紋每變化50次動(dòng)鏡的相應(yīng)變化量，應(yīng)該在0.0158mm左右，依此可以判斷錯(cuò)誤出現(xiàn)在什么地方。9數(shù)據(jù)處理范例數(shù)據(jù)記錄及處理NDN(mm)MDM(mm)DM-DN(mm)1044.9945541044.866920.127636044.9783546044.851090.1272611044.9624251044.835250.1271316044.9465556044.819580.1269721044.9307261044.803700.1270226044.9145066044.787650.1268531044.8986571044.771750.1269036044.8828076044.755850.12695 ；S=2.384×10-4 ； SC8=4.44×10-4經(jīng)查0.12763是壞值，剔除它；重新算平均值：；S=1.31×1