物理報(bào)告實(shí)驗(yàn)麥

1、PAGE 邁克爾遜干涉儀 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 6 系05級(jí) 熊力 PB05210489 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私膺~克爾遜干涉儀的原理、結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)方法，觀察非定域干涉條紋，測量固體透明薄片折射率，并增強(qiáng)對(duì)條紋可見度和時(shí)間相干性的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)原理：1、邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)和工作原理G2是一面鍍上半透半反膜，M1、M2為平面反射鏡，M1是固定的，M2和精密絲相連，使其可前后移動(dòng)，最小讀數(shù)為10-4mm，可估計(jì)到10-5mm, M1和M2后各有幾個(gè)小螺絲可調(diào)節(jié)其方位。當(dāng)M2和M1嚴(yán)格平行時(shí)，M2移動(dòng),表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從中心“吐出”或向中心“消失”。兩平面鏡之間的“空氣間隙”距離增大時(shí)，中心就會(huì)“吐出”一個(gè)個(gè)條

2、紋；反之則“吞進(jìn)”一個(gè)個(gè)條紋。M2和M1不嚴(yán)格平行時(shí)，則表現(xiàn)為等厚干涉條紋，M2移動(dòng)時(shí)，條紋不斷移過視場中某一標(biāo)記位置，M2平移距離 d 與條紋移動(dòng)數(shù) N 的關(guān)系滿足。邁克爾遜干涉儀示意圖經(jīng)M2反射的光三次穿過分光板，而經(jīng)M1反射的光只通過分光板一次.補(bǔ)償板就是為了消除這種不對(duì)稱而設(shè)置的.在使用單色光源時(shí)，補(bǔ)償板并非必要，可以利用空氣光程來補(bǔ)償；但在復(fù)色光源時(shí)，因玻璃和空氣的色散不同，補(bǔ)償板則是不可缺少的。若要觀察白光的干涉條紋，兩相干光的光程差要非常小，即兩臂基本上完全對(duì)稱，此時(shí)可以看到彩色條紋；若M1或M2稍作傾斜，則可以得到等厚的交線處（d=0）的干涉條紋為中心對(duì)稱彩色直條紋，中央條紋由

3、于半波損失為暗條紋。2、點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉如上圖 ，光程差由于hZ，所以 （1）若改變光程差，使中心處仍是亮的，則，我們得到 （2）即M1和M2之間的距離每改變半個(gè)波長，其中心就“生出”或“消失”一個(gè)圓環(huán)。兩平面反射鏡之間的距離增大時(shí)，中心就“吐出”一個(gè)個(gè)圓環(huán)。反之，距離減小時(shí)中心就“吞進(jìn)”一個(gè)個(gè)圓環(huán)，同時(shí)條紋之間的間隔（即條紋的稀疏）也發(fā)生變化。把點(diǎn)光源換成擴(kuò)展光源，擴(kuò)展光源中各點(diǎn)光源是獨(dú)立的、互不相干的，在無窮遠(yuǎn)處，擴(kuò)展光源上任兩個(gè)獨(dú)立光源發(fā)出的光線，只要入射角相同，都會(huì)會(huì)聚在同一干涉條紋上，因此在無窮遠(yuǎn)處就會(huì)見到清晰的等傾條紋。當(dāng)M1和M2不平行時(shí)，或光源離M1和M2較遠(yuǎn)，或光是正入

4、射時(shí)，在“膜”附近都會(huì)產(chǎn)生等厚條紋。透明薄片折射率的測量白光干涉條紋干涉條紋的明暗決定于光程差與波長的關(guān)系，用白光光源，只有在d=0的附近才能在M1、M2交線處看到干涉條紋，這時(shí)對(duì)各種光的波長來說，其光程差均為（反射時(shí)附加），故產(chǎn)生直線黑紋，即所謂的中央條紋，兩旁有對(duì)稱分布的彩色條紋。d稍大時(shí)，因?qū)Ω鞣N不同波長的光，滿足明暗條紋的條件不同，所產(chǎn)生的干涉條紋明暗互相重疊，結(jié)果就顯不出條紋來。只有用白光才能判斷出中央條紋，利用這一點(diǎn)可定出d=0的位置。固體透明薄片折射率的測定當(dāng)視場中出現(xiàn)中央條紋之后，在M1與A之間放入折射率為n、厚度為l的透明物體，則此時(shí)程差要比原來增大 （3）因而中央條紋移出視

5、場范圍，如果將M1向A前移d，使，則中央條紋會(huì)重新出現(xiàn)，測出d及l(fā)，可由下式 （4） 求出折射率n。實(shí)驗(yàn)器材：邁克爾遜干涉儀、薄膜樣品、激光光源，白光光源實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、打開He-Ne激光器，使激光束基本垂直M2面，調(diào)節(jié)M2上的三個(gè)螺釘，使從小孔出射的激光束，經(jīng)M1與M2反射后在毛玻璃上形成的最亮的兩個(gè)光點(diǎn)重合。2、在光源前放一擴(kuò)束鏡，使光源成為發(fā)散光束，在兩光束程差不太大時(shí)，在毛玻璃屏上可觀察到干涉條紋，輕輕調(diào)節(jié)M2后的螺釘，應(yīng)出現(xiàn)圓心基本在毛玻璃屏中心的圓條紋。3、將旋鈕旋至35mm處，然后逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)旋鈕，時(shí)二鏡相對(duì)距離靠近，一直到毛玻璃上的干涉條紋接近直線，這說明兩鏡的相對(duì)距離已經(jīng)非常

6、小，此時(shí)的干涉條紋已經(jīng)接近等傾條紋，此時(shí)需要調(diào)節(jié)M2后的三個(gè)旋鈕，改變M2與M1的夾角，使條紋間距變大，在毛玻璃屏上只能看到三個(gè)粗條紋。4、關(guān)掉激光源，扭下毛玻璃屏，打開燈泡，接著逆時(shí)針方向移動(dòng)微調(diào)旋鈕，仔細(xì)觀察G1，直至出現(xiàn)彩色條紋，將中央黑條紋移到中間，記下此時(shí)讀數(shù)，然后在M1前平行放上薄膜樣品，繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕，至又觀察到彩色條紋為止，記下此時(shí)讀數(shù)。5、拿掉樣品，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)粗調(diào)旋鈕較大幅度，重復(fù)4中步驟。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下n123（mm）32.0939132.0869532.09514（mm）32.0029331.9949532.00365（mm）0.090980092

7、000.09149由此可知由此可求得d的合成不確定度（ ） 由公式：可得下面計(jì)算n的不確定度（這里用d0表示d，以避免混淆）代入數(shù)據(jù)得：P0.95所以，薄膜的折射率 P=0.95誤差分析： 1主觀誤差分析在旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕以觀察彩色條紋時(shí)很難將中央黑條紋調(diào)到中央，因?yàn)橐徊恍⌒木蜁?huì)因調(diào)過而需要重做，因此，這樣說來，讀數(shù)一般是偏小的，但相減后誤差會(huì)減小一些，但這仍是誤差的重要來源。2M2鏡后面的三個(gè)旋鈕特別松，這給調(diào)節(jié)帶了了巨大的困難，同時(shí)，在調(diào)好的情況下，如果不小心碰到裝置，三個(gè)旋鈕就會(huì)發(fā)生移動(dòng)，調(diào)好的狀態(tài)也會(huì)發(fā)生改變，這甚至?xí)?dǎo)致觀察不到條紋。3另一個(gè)重要誤差來源是微調(diào)旋鈕的誤差，原來的機(jī)器旋鈕特松，這會(huì)引起微小的反相旋轉(zhuǎn)，這當(dāng)然會(huì)導(dǎo)致螺距誤差。此外，我認(rèn)為還有以下客觀誤差：4薄膜產(chǎn)生的誤差是非常大的，這主要來自三個(gè)方面： eq oac(,1)薄膜表面不是很干凈，這會(huì)導(dǎo)致厚度不均，引起試驗(yàn)誤差 eq oac(,2)薄膜放置的位置不能保證三次都相同且與M2鏡平行，更不能保證與M2距離相等，這