邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)報(bào)告

邁克爾遜和法布里-珀羅干涉儀摘要：邁克爾遜干涉儀是一種精密光學(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。通過邁克爾遜干涉的實(shí)驗(yàn)，我們可以熟悉邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)并掌握其調(diào)整方法，了解電光源非定域干涉條紋的形成與特點(diǎn)和變化規(guī)律，并利用干涉條紋的變化測(cè)定光源的波長(zhǎng)，測(cè)量空氣折射率。本實(shí)驗(yàn)報(bào)告簡(jiǎn)述了邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)原理，闡述了具體實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)過程中的心得體會(huì)，并嘗試對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中遇到的一些問題進(jìn)行解釋。關(guān)鍵詞：邁克爾遜干涉儀；法布里-珀羅干涉儀；干涉；空氣折射率；一、引言【實(shí)驗(yàn)背景】邁克爾遜干涉儀是1883年美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計(jì)制造出來的精密光學(xué)儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉。通過調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋，主要用于長(zhǎng)度和折射率的測(cè)量。法布里-珀羅干涉儀是珀羅于1897年所發(fā)明的一種能現(xiàn)多光束干涉的儀器，是長(zhǎng)度計(jì)量和研究光譜超精細(xì)結(jié)構(gòu)的有效工具；它還是激光共振腔的基本構(gòu)型，其理論也是研究干涉光片的基礎(chǔ)，在光學(xué)中一直起著重要的作用。在光譜學(xué)中，應(yīng)用精確的邁克爾遜干涉儀或法布里-珀羅干涉儀，可以準(zhǔn)確而詳細(xì)地測(cè)定譜線的波長(zhǎng)及其精細(xì)結(jié)構(gòu)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．掌握邁克爾遜干涉儀和法布里-珀羅干涉儀的工作原理和調(diào)節(jié)方法；2．了解各類型干涉條紋的形成條件、條紋特點(diǎn)和變化規(guī)律；3．測(cè)量空氣的折射率。【實(shí)驗(yàn)原理】（一）邁克爾遜干涉儀、是一對(duì)平面反射鏡，、是厚度和折射率都完全相同的一對(duì)平行玻璃板，稱為分光板，在其表面鍍有半反射半透射膜，稱為補(bǔ)償片，與平行。當(dāng)光照到上時(shí)，在半透膜上分成兩束光，透射光1射到，經(jīng)反射后，透過，在的半透膜上反射到達(dá)；反射光2射到，經(jīng)反射后，透過射向。兩束光在玻璃中的光程相等。當(dāng)觀察者從處向看去時(shí)，除直接看到外還可以看到的像。于是1、2兩束光如同從與反射來的，因此邁克爾遜干涉儀中所產(chǎn)生的干涉和～間形成的空氣薄膜的干涉等效。（二）干涉條紋1.等傾干涉調(diào)節(jié)和,使與嚴(yán)格平行。對(duì)于入射角為的光線，與反射光的光程差為：為和的間距。由上式，可以得到產(chǎn)生明暗條紋的條件 其中，為整數(shù)。變化過程中縮進(jìn)或冒出的條紋數(shù)可以定量表示為： 其中為縮進(jìn)或冒出的條紋數(shù)，為距離的改變量。2.等厚干涉當(dāng)與有一定的交角時(shí)，兩鏡所在的平面之間會(huì)有一個(gè)交線?？紤]與與交線距離為處以角入射的光束，該光束經(jīng)過兩鏡片反射產(chǎn)生的光程差為 若、與都很小，以致時(shí)，光程公式可以近似為，此時(shí)將產(chǎn)生等厚干涉條紋。（三）利用干涉條紋測(cè)量空氣折射率用激光器做光源，將內(nèi)壁長(zhǎng)為l的小氣室置于邁克爾遜干涉儀光路中，固定在反射鏡前。調(diào)節(jié)干涉儀，獲得適量等傾干涉條紋之后，向氣室里充氣，再稍微松開閥門，以較低的速率放氣的同時(shí)，計(jì)數(shù)干涉環(huán)的變化數(shù)，以及相應(yīng)的氣壓變化值，可得氣壓為時(shí)的空氣折射率為的時(shí)候,形成的干涉條紋就不是等傾干涉,而是等厚干涉,而且不是同心圓環(huán)。當(dāng)不是等傾干涉條紋的時(shí)候,就會(huì)對(duì)波長(zhǎng)的計(jì)算產(chǎn)生誤差。2）讀數(shù)誤差。肉眼判斷縮進(jìn)或冒出的條紋，數(shù)條紋數(shù)時(shí)，讀測(cè)微螺旋示數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差。計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的折射率，并與理論值比較，計(jì)算相對(duì)誤差。組別123456/kPa323640283424/kPa1417229166/kPa181918191818,,，經(jīng)計(jì)算得經(jīng)查得，空氣折射率理論值相對(duì)誤差誤差分析：人為因素包括測(cè)量誤差，測(cè)量小氣室內(nèi)的壓強(qiáng)值，讀數(shù)時(shí)等穩(wěn)定后再讀數(shù)。環(huán)境因素包括壓強(qiáng)、溫度、濕度等。氣體的折射率跟壓強(qiáng)的大小有關(guān)，氣體的折射率會(huì)隨著壓強(qiáng)的變化而變化。同時(shí)，氣體的折射率還與溫度有關(guān)?！緦?shí)驗(yàn)遇到的問題及解決的方法】1.儀器安裝完畢，但沒有干涉現(xiàn)象。有多種可能的情況。1）兩個(gè)光點(diǎn)重合，但沒有干涉現(xiàn)象。兩束光的沒有達(dá)到等光程的要求，可能是由于激光在傳播過程中不在同一水平面上，可以通過反復(fù)調(diào)節(jié)光闌來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)光闌的位置，在近距離的位置調(diào)節(jié)光闌使光線通過恰好通過光闌，觀察光線是否還是恰好通過光孔。2）未加聚焦透鏡前兩光點(diǎn)重合，加聚焦透鏡后重合點(diǎn)消失。可能因?yàn)楣饩€未通過透鏡的中心而發(fā)生折射造成光路偏折。3）兩個(gè)鏡面并沒有完全垂直。在安裝儀器的過程中，每個(gè)儀器應(yīng)盡量保證光路通過儀器的中心，令光點(diǎn)的重合。2.當(dāng)用非單色光（比如白光）作為邁克爾遜干涉儀的光源時(shí)，為什么就必須加補(bǔ)償片？答：非單色光不同色光的折射率不同、波長(zhǎng)不同，通過調(diào)節(jié)、的位置不能達(dá)到等光程的目的。測(cè)量空氣折射率能否用白熾燈做光源？答：不能，白光干涉條紋數(shù)量少，且波長(zhǎng)不是單值的。三、實(shí)驗(yàn)小結(jié)【體會(huì)或收獲】實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)很重要，通過了解指導(dǎo)書上的大綱，宏觀地把握做實(shí)驗(yàn)的全程，做到成竹于胸，但我們又不能依賴于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，很多地方都需要我們自己去多去思考，它可以使我們養(yǎng)成良好的科學(xué)思維習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)過程中最重要的便是要做到用心觀察及如實(shí)的記錄，有些時(shí)候，實(shí)驗(yàn)的具體步驟與參考書中有所不同，這就需要我們用心思考；實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理及分析也考驗(yàn)了我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)的整體把握。做光學(xué)實(shí)驗(yàn)最需要的就是耐