邁克爾遜干涉儀專題實(shí)驗(yàn)報(bào)告

邁克爾遜干涉儀專題實(shí)驗(yàn)報(bào)告摘要：本文主要討論了邁克爾遜干涉儀三個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)測量的具體過程和實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及相應(yīng)的解決方案，總結(jié)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)中存在的相關(guān)誤差的分析。關(guān)鍵詞：邁克爾遜干涉儀、測量鈉光雙線波長差、測量玻璃折射率。正文背景及相關(guān)介紹：邁克爾遜干涉儀是1883年美國物理學(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。主要用于長度和折射率的測量，此外它還被應(yīng)用于尋找太陽系外行星的探測中，雖然在這種探測中馬赫-曾特干涉儀的應(yīng)用更加廣泛。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)地測定譜線的波長及其精細(xì)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)原理：三個(gè)實(shí)驗(yàn)均是通過調(diào)整從同一光源發(fā)出的兩條相干光線到視野的光程差，找到光源發(fā)生干涉現(xiàn)象的距離。之后，通過精密的儀器測量和理論推導(dǎo)的公式求出波長、雙線波長差或測量玻璃的折射率等。其中：⑴測量鈉光雙線波長差：（注：λ1=589.6nmλ2=589.0nmΔd：兩次最模糊或最清晰M1所移動(dòng)的距離）⑵白光測量玻璃的折射率：實(shí)驗(yàn)過程中儀器調(diào)整應(yīng)注意的問題：=1\*GB2⑴邁克爾遜干涉儀的測前調(diào)整：首先要使用激光來微調(diào)M1和M2使其相互垂直，用眼睛觀察M1中的兩排激光點(diǎn)依次對應(yīng)（亮度最強(qiáng)的相互對應(yīng)，亮度弱的相互對應(yīng)）。使用激光的目的是因?yàn)榧す獾膹?qiáng)度高且不易發(fā)生色散。調(diào)整的過程中要注意M1和M2后的6個(gè)旋鈕要同時(shí)地進(jìn)行微調(diào)，不能僅適用一面鏡子后的旋鈕。注意：此步的精準(zhǔn)程度直接影響到后面干涉現(xiàn)象是否能出現(xiàn)。=2\*GB2⑵邁克爾干涉儀測鈉光雙線波長差：換上鈉光燈后繼續(xù)調(diào)節(jié)，直至視場中出現(xiàn)清晰、可見度較好的圓環(huán)。需要注意的是，圓環(huán)的寬度要調(diào)整適中，視場中出現(xiàn)4個(gè)左右為好，而且，要將圓環(huán)的中心調(diào)整到視場的中心。=3\*GB2⑶白光測量玻璃的折射率：換上白光燈后繼續(xù)調(diào)節(jié)，這時(shí)要注意螺旋調(diào)鈕的旋轉(zhuǎn)方向，要將旋鈕向靠近觀察者的方向調(diào)整，以免調(diào)整的錯(cuò)誤。同時(shí)，為了防止強(qiáng)光干擾彩色干涉條紋的觀察，要將毛玻璃片放到白光的光路中央。當(dāng)?shù)谝淮尾噬珬l紋出現(xiàn)后繼續(xù)按原方向調(diào)整，根據(jù)理論推導(dǎo)，繼續(xù)調(diào)整還需一段距離，可先快速地轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，片刻后，再仔細(xì)調(diào)整。=4\*GB2⑷法布里干涉儀的測前調(diào)整：首先，要轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)旋鈕，使P1、P2的鏡片之間的距離大約1.5mm左右（注意不能使P1和P2相碰）。點(diǎn)亮鈉光燈，使光窗的位置處于P1的正前方，調(diào)節(jié)背面的6個(gè)旋鈕使十字相完全重合。要注意的是，由于眼睛觀察的誤差市場中未必會出現(xiàn)條紋，這是因?yàn)槭窒嗖]有嚴(yán)格重合造成的，需要繼續(xù)調(diào)節(jié)。之后，換上望遠(yuǎn)鏡，調(diào)整拉簧使圓環(huán)中心在視場中央，且條紋中心隨眼睛而移動(dòng)。=5\*GB2⑸法布里干涉儀測量鈉光雙線波長差：為測量準(zhǔn)確要注意調(diào)整圓環(huán)的清晰度，而且要在出現(xiàn)雙線的條紋時(shí)再開始第一個(gè)計(jì)數(shù)。為避免回程誤差，必須沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)手輪。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差分析：1、在實(shí)驗(yàn)時(shí)激光只能做到與鏡面大體平行、垂直，所以說會與理論上推導(dǎo)出來的公式有一定的誤差。2、大小鼓輪反轉(zhuǎn)而引進(jìn)的空轉(zhuǎn)誤差，在每次測量必須沿同一方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，不得中途倒退。3、因?yàn)闂l紋中心冒出（或陷入）時(shí)，條紋數(shù)容易數(shù)錯(cuò)，得到的讀數(shù)容易產(chǎn)生誤差。所以在調(diào)節(jié)和測量過程中，一定要非常細(xì)心和耐心，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)要慢。4、由于眼睛的視覺造成最亮最暗位置判斷誤差。5、測量玻璃片厚度時(shí)，由游標(biāo)卡尺造成的誤差。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：總的來說，這三個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器的精度較高。在實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)整誤差較大時(shí)現(xiàn)象不明顯或者根本不會出現(xiàn)，所以在記錄讀取數(shù)據(jù)認(rèn)真仔細(xì)時(shí)，做出來的實(shí)驗(yàn)結(jié)論基本與理論值相差不多，誤差在0.1%左右。邁克爾遜測鈉光雙線波長差的實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：觀察到等寬的明暗相間的條紋，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕觀察到條紋的吞吐現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)測量計(jì)算值：Δλ=0.629nm真實(shí)值：Δλ=0.6nm白光測量玻璃折射率：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：觀察到彩色干涉直條紋，而且條紋的寬度很細(xì)。實(shí)驗(yàn)測量計(jì)算值：n=1.524真實(shí)值：1.5~1.7之間法布里干涉儀測鈉光雙線波長差：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：能明顯的看到明暗相間且寬度不等條紋，其中較寬的一條亮條紋外有一條較細(xì)的亮條紋環(huán)繞。本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較第一個(gè)實(shí)驗(yàn)明顯，儀器更精確，能看見更準(zhǔn)確的雙線。實(shí)驗(yàn)測量計(jì)算值：Δλ=0.592nm真實(shí)值：Δλ=0.6nm實(shí)驗(yàn)體會：實(shí)驗(yàn)前，大家都說光學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器不好調(diào)、實(shí)驗(yàn)不好做。但通過這三個(gè)實(shí)驗(yàn)的親自實(shí)踐的過程，雖然遇到了很多困難，我確實(shí)學(xué)到了很多東西，在自主探究和小組討論方面都有了明顯的提高。對光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器以及其研究思路、研究方法、研究過程都有了更深的了解。其中，在實(shí)驗(yàn)讀數(shù)的時(shí)候，多而繞眼的圓環(huán)數(shù)更是讓我體會到了身為科研人員的辛苦和不易，我的態(tài)度也更加認(rèn)真了。參考