邁克爾遜干涉儀實驗報告

1、實驗?zāi)康模?） 學會使用邁克爾遜干涉儀2） 觀察等傾、等厚和非定域干涉現(xiàn)象3） 測量氦氖激光的波長和鈉光雙線的波長差。實驗儀器：氦氖激光光源、鈉光燈、邁克爾遜干涉儀、毛玻璃屏實驗原理：1：邁克爾遜干涉儀的原理： 邁克爾遜干涉儀的光路圖如圖所示，光源S出發(fā)的光經(jīng)過稱放置的背面鍍銀的半透玻璃板被分成互相垂直的強度幾乎相等的兩束光，光路1通過鏡反射并再次通過照射在觀察平面E上，光路2通過厚度、折射率與相同的玻璃板后由鏡反射再次通過并由背面的反射層反射照射在觀察平面E上。圖中平行于的是經(jīng)反射所成的虛像，即到與到的光程距離相等，故從到的光路可用到等價替代。這樣可以認為與之間形成了一個空氣間隙，這個空氣間

2、隙的厚度可以通過移動完成，空氣間隙的夾角可以通過改變鏡或鏡的角度實現(xiàn)。當與平行時可以在觀察平面E處觀察到等傾干涉現(xiàn)象，當與有一定的夾角時可以在觀察平面E處觀察到等厚干涉現(xiàn)象。2：激光器激光波長測量原理：由等傾干涉條紋的特點，當 =0 時的光程差 最大，即圓心所對應(yīng)的干 涉級別最高。轉(zhuǎn)動手輪移動 M1，當 d 增加時，相當 于增大了和 k 相應(yīng)的 角 ，可以看到圓 環(huán)一個個從中心“冒出” ；若 d 減小時，圓環(huán)逐漸 縮小，最后“淹沒”在中心處。 每“冒”出或“縮”進一個干涉環(huán)，相應(yīng)的光程差改變了一個波長，也就是 M 與M 之間距離 變化了半個波長。 若將 M與 M 之間距離改變了d 時，觀察到

3、N 個干涉環(huán)變化，則d=N2 由此可測單色光的波長。3：鈉光雙線波長差的測定： 在使用邁克爾遜干涉儀觀察低壓鈉黃燈雙線的等傾干涉條紋時，可以看到隨著動鏡的移動，條紋本身出現(xiàn)了由清晰到模糊再到清晰的周期性變化，即反襯度從最大到最小再到最大的周期性變化，利用這一特性，可測量鈉光雙線波長差，對于等傾干涉而言，波長差的計算公式為：=-22d實驗內(nèi)容與數(shù)據(jù)處理：（1） 觀察非定域干涉條紋 1）通過粗調(diào)手輪打開激光光源，調(diào)節(jié)激光器使其光束大致垂直于平面反光鏡入射，取掉投影屏E，可以看到兩排激光點 2）粗調(diào)手輪移動鏡的位置，使得通過分光板分開的兩路光光程大致相等 3）調(diào)節(jié)、鏡后面的兩個旋鈕，使兩排激光點重合

4、為一排，并使兩個最亮的光點重合在一起。此時再放上投影屏E，就可以看到干涉條紋。 4）仔細調(diào)節(jié)、鏡后面的兩個旋鈕，使與平行，這時在屏上可以看到同心圓條紋，這些條紋為非定域條紋。 5）轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，觀察干涉條紋的形狀、疏密及中心“吞”、“吐”條紋隨光程差改變的變化情況。（2） 測量He-Ne激光波長1）調(diào)整儀器的測量零點2）向同一個方向緩旋動微調(diào)手輪，當觀察到條紋顯著的涌出或縮進時，開始記錄此時鏡的位置。持續(xù)沿同一方向旋動微調(diào)手輪，條紋中心每“吞”或“吐”100條條紋記一次h值，連續(xù)記錄十次，并將數(shù)據(jù)記錄在相應(yīng)表格中，并計算出激光波長及其誤差（3）鈉光雙線波長差的測定 1）將光源換為鈉燈，在鈉光燈

5、與之間放置一塊磨砂玻璃，并將投影屏E取下，通過分光板A直接觀察干涉條紋。 2）緩慢旋動微調(diào)手輪，觀察鈉燈產(chǎn)生的干涉條紋的吞吐。 3）繼續(xù)緩慢旋動微調(diào)手輪移動鏡，觀察到條紋的反襯度周期變化，記錄條紋從不可見到下個不可見時的位置d值，連續(xù)記錄六次，講數(shù)據(jù)記錄在相應(yīng)表格中，利用最小二乘法求出，計算鈉光雙線的波長差及其誤差。數(shù)據(jù)處理由最小二乘法可得到d1 =0.03295mm計算可得到波長=659nm誤差為：632.8-659.0632.8×100%=4.14%由最小二乘法可得到d2=0.28340mm計算可得到波長差=0.6121nm誤差為：05967-0.61210.5967×

6、100%=2.58%實驗分析討論與結(jié)論：本實驗以邁克爾遜干涉儀為主要工具，觀察了激光的等傾干涉和等厚干涉，并根據(jù)等傾干涉的特點，利用相關(guān)的公式測出了He-Ne激光的波長以及鈉光雙線的波長差，由于儀器精度的影響，實驗存在一定的誤差，但在正常范圍內(nèi)，精度較高；在試驗處理的時候如果不采用最小二乘法也可采用取平均值的方法，在一定程度上減小偶然誤差的影響。1：在計量圖像“吞”下條紋時所移動的距離存在一定的誤差，所以實驗中一定要小心謹慎，細盤的轉(zhuǎn)動要慢；對反襯度的判斷也不足夠精確。2：大小鼓輪空轉(zhuǎn)也會引起誤差，所以每次測量必須沿同一方向旋轉(zhuǎn)，不得中途倒退。3：試驗中的鏡面只能大致的滿足相互之間的幾何關(guān)系，所以公式的推導(dǎo)有一定的誤差，可在計算中加以適當?shù)男拚?。本次實驗整體來看測得的實驗數(shù)據(jù)符合要求。結(jié)論：通過本次實驗掌握了邁克爾遜干涉儀的使用，觀察到了等傾干涉、等厚干涉的現(xiàn)象