透明薄片折射率測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

透明薄片折射率的測(cè)定邁克爾遜干預(yù)儀是用分振幅的方法實(shí)現(xiàn)干預(yù)的光學(xué)儀器，設(shè)計(jì)十分奇妙。邁克爾遜發(fā)明它后，最先用于著名的以太漂移實(shí)驗(yàn)。以后，他又初次用之于系統(tǒng)研究光譜的精美構(gòu)造以及將鎘(Cd)的譜線的波長與國際米原器進(jìn)行比較。邁克爾遜干預(yù)儀在基本構(gòu)造和設(shè)計(jì)思想上給科學(xué)工作以重要啟示，為后代研制各樣干涉儀打下了基礎(chǔ)。邁克爾遜干預(yù)儀在物理學(xué)中有十分寬泛的應(yīng)用，如用于研究光源的時(shí)間相關(guān)性，丈量氣體、固體的折射率和進(jìn)行細(xì)小長度丈量等?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹空莆者~克爾遜干預(yù)儀的構(gòu)造、原理和調(diào)理方法；熟習(xí)白光的干預(yù)現(xiàn)象學(xué)習(xí)一種丈量透明薄片折射率的方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】邁克爾遜干預(yù)儀，He-Ne激光器，擴(kuò)束鏡，小孔光闌，透明薄片，白光光源【實(shí)驗(yàn)原理】一、透明薄片折射率的丈量原理干預(yù)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的鄰近才能在M1?和?M2′交線處看到干預(yù)條紋，這時(shí)對(duì)各樣光的波長來說，其光程差均為/2（反射時(shí)附帶/2），故產(chǎn)生直線黑紋，即所謂中央黑紋，兩旁有對(duì)稱散布的彩色條紋。d稍大時(shí)，因?qū)Ω鳂硬灰粯硬ㄩL的光知足明暗條紋的條件不一樣，所產(chǎn)生的干預(yù)條紋明暗相互重疊，結(jié)果就顯不出條紋來。因此白光光源的彩色干預(yù)條紋只發(fā)生在零光程差鄰近一個(gè)極小的范圍內(nèi)，利用這一點(diǎn)能夠定出=0的地點(diǎn)。利用白光的彩色干預(yù)條紋能夠丈量透明薄片的d折射率，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1：M1d/M2D透明薄片12白光光源G1G2M2用眼睛察看圖1透明薄片折射率測(cè)定二、點(diǎn)光源干預(yù)條紋的特色無論平面鏡M往哪個(gè)方向挪動(dòng)，只假如使距離d增添，圓條紋都會(huì)不停從中心冒出來并擴(kuò)大，同時(shí)1條紋會(huì)變密變細(xì)。反之，假如使距離d減小，條紋都會(huì)減小并消逝在中心處，同時(shí)條紋會(huì)變疏變粗。這表明d0（即兩臂等長）是一個(gè)臨界點(diǎn)。當(dāng)往同一個(gè)方向不停地挪動(dòng)M1時(shí)，只需經(jīng)過這個(gè)臨界點(diǎn)，看到的現(xiàn)象就會(huì)反過來（見圖2）。所以，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)光源的非定域干預(yù)后，最好先把兩臂的長度調(diào)成有顯然差異（d0），防止在挪動(dòng)M1時(shí)不當(dāng)心經(jīng)過了臨界點(diǎn)，造成不用要的麻煩。M1M1兩者重合M2′M2′M2′M2′圖2M1M1干預(yù)條紋隨光程差的變化三、等厚干預(yù)與透明玻璃板厚度的丈量如圖3，假如M1和M2間形成一很小的角度，則M1和M2之間有一楔形空氣薄層，這時(shí)將產(chǎn)生等厚干涉條紋。當(dāng)光束入射角足夠小時(shí)，可求兩相關(guān)光束的光程差，即2dcos2d(112)=2dd2（1）2在M1、M2的交線上，d0，即0，所以在交線處產(chǎn)生向來線條紋，稱為中央明紋。在左右兩旁湊近交線處，因?yàn)楹蚫都很小，這時(shí)式（1）中的d2項(xiàng)與2d對(duì)比可忽視，因此由2d（2）所以產(chǎn)生的條紋近似為直線條紋，且與中央條紋平行。離中央條紋較遠(yuǎn)處，因d2項(xiàng)的影響增大，條紋發(fā)生顯著的曲折，曲折方向突向中央明紋。離交線越遠(yuǎn)，d越大，條紋曲折地越顯然。/M2M11白光光源

2G1G2M2用眼睛察看圖3等厚干預(yù)原理圖因?yàn)楦深A(yù)條紋的明暗和間距決定與光程差與波長的關(guān)系，若用白光作光源，則每種不一樣波長的光所產(chǎn)生的干預(yù)條紋明暗會(huì)相互交織重疊，結(jié)果就看不到明暗相間的條紋了。換句話說，假如換用白光作光源，在一般狀況下，不出現(xiàn)干預(yù)條紋。所以，用白光作光源時(shí)，在M1、M2兩面的交線鄰近的中央條紋可能看到白色條紋，也可能是暗條紋。在它的兩旁還大概對(duì)稱的有幾條彩色的直線條紋，稍遠(yuǎn)就看不到條紋了。光經(jīng)過折射率n為厚度為D的均勻透明介質(zhì)時(shí)，其光程比經(jīng)過同厚度的空氣要大D(n1)。在邁克爾遜干預(yù)儀中，但白光的中央條紋出此刻視場(chǎng)的中央后，假如光路1中加入一塊折射率為n為厚度為D的均勻薄玻璃片，因?yàn)楣馐?的來回，光束1和光束2在相遇時(shí)所獲取的附帶光程差'為'=2D(n1)（3）此時(shí)，若將M1向G1方向挪動(dòng)距離l'2，則光束1、2在相遇時(shí)的光程差又恢復(fù)至原樣這樣，白光干預(yù)的中央條紋將從頭出此刻視場(chǎng)中央。這時(shí)'lD(n1)（4）2依據(jù)式（4），測(cè)出M1前移的距離l，若已知薄玻璃片的折射率n，則可求出其厚度D；反之，若已知玻璃片的厚度D，則可求出其折射率n?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】一、邁克爾遜干預(yù)儀的基本調(diào)理1.點(diǎn)燃氦氖激光器，調(diào)理其高度和方向，使激光束大概照到兩平面鏡M1、M2及屏的中部，并使從兩平面鏡反射來的兩束光能盡量原路返回，即盡可能回到激光器的出光口。2.屏上能夠看到兩排光點(diǎn)，都以最亮者居中。調(diào)理M1和M2后邊的三個(gè)螺絲，使兩個(gè)最亮點(diǎn)重合（此時(shí)M1和M2相互垂直）。此時(shí)要檢查回到激光器的兩束光能否仍照在出光口或鄰近。二、察看點(diǎn)光源的非定域干預(yù)1.在氦氖激光器前擱置一個(gè)擴(kuò)束鏡（短焦距凸面鏡），使平行光聚焦為點(diǎn)光源并擴(kuò)散開。此時(shí)在屏上能夠看到圓形干預(yù)條紋。而后雙向轉(zhuǎn)動(dòng)M1的微調(diào)鼓輪，察看條紋冒出和縮進(jìn)現(xiàn)象，判斷M1和M2之間的距離d是增大仍是減小；察看條紋粗細(xì)、疏密狀況，判斷d是較大仍是較小。假如干預(yù)條紋很細(xì)，不利于隨后的丈量，可旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪使d大幅度減小，進(jìn)而使條紋變疏變粗。注意：因?yàn)閮x器存在空程偏差，必定要條紋的變化穩(wěn)固后才能開始丈量。并且，丈量一旦開始，微調(diào)鼓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向就不可以半途改變。三、察看等厚干預(yù)條紋，丈量透明玻璃板厚度1.調(diào)理白光條紋。先用單色光源調(diào)好等傾圓條紋，使

M1與G1的距離稍大與于

M2與G1的距離，而后稍稍旋轉(zhuǎn)M2鏡下的水平拉簧螺絲，使M1、M2成一很小的夾角，此時(shí)看見曲折的條紋。向前挪動(dòng)M1使條紋變直，這表示中央條紋在漸漸向視場(chǎng)中央挪動(dòng)。再以白光取代單色光，持續(xù)按原方向遲緩地轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使M1和M2持續(xù)向前挪動(dòng)，直到白光干預(yù)條紋出現(xiàn)。2.將中央條紋移至視場(chǎng)中某一地點(diǎn)，記下M1的地點(diǎn)，將待測(cè)玻璃片放在M1與G1之間的光路中，使玻璃片與M1平行。同一方向持續(xù)挪動(dòng)M1，直至中央條紋從頭移至視場(chǎng)中同一地點(diǎn)，再記下M1的地點(diǎn)，則M1所挪動(dòng)的距離即為式（4）中的l?！緮?shù)據(jù)記錄及辦理】1、丈量透明薄片厚度儀0.006mm丈量次數(shù)123456均勻值D2、M1鏡地點(diǎn)記錄/0.00005mm儀丈量次數(shù)d1d2ld1d2M1①l(n1)Dn1l/D1D220.00120.00620.006mm②sD儀D(0.1020.006)mm③l2(儀/)220.0000520.00007mm④n1l/D(Dl)/Dlnnln(Dl)lnDn(lnn)2(D)2(lnn)2(l)2nDl(l)2(D)2(1)2(l)2(Dl)DDl0.025nn1.7260.0250.04n