實(shí)驗(yàn)八-邁克爾遜干涉儀測(cè)量He-Ne激光波長(zhǎng)

PAGEPAGE4實(shí)驗(yàn)8邁克爾遜干涉儀測(cè)量He-Ne激光波長(zhǎng)（306）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)、原理和調(diào)節(jié)使用方法；2、了解光的干涉現(xiàn)象；觀察、認(rèn)識(shí)、區(qū)別等傾干涉3、掌握用邁克爾遜干涉儀測(cè)He－Ne激光的波長(zhǎng)的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器邁克耳遜干涉儀；He－Ne激光器三、實(shí)驗(yàn)原理圖3點(diǎn)光源非定域干涉2θM2如圖2示，從光源S發(fā)出的光束射向分光板G1，被G1底面的半透半反膜分成振幅大致相等的反射光1和透射光2，光束１被動(dòng)鏡M2再次反射回并穿過(guò)G1到達(dá)E；光束2穿過(guò)補(bǔ)償片G2后被定鏡M1反射回，二次穿過(guò)G2到達(dá)G1圖3點(diǎn)光源非定域干涉2θM2由M１反射回來(lái)的光波在分光板G１的第二面上反射時(shí)，如同平面鏡反射一樣，使M１在M２附近形成M１的虛像M，因而光在邁克爾遜干涉儀中自M２和M１的反射相當(dāng)于自M２和M１′的反射。由此可見(jiàn)，在邁克爾遜干涉儀中所產(chǎn)生的干涉與空氣薄膜（M２和M１′之間所夾）所產(chǎn)生的干涉是等效的。當(dāng)M２和M１′平行時(shí)(此時(shí)M１和M２嚴(yán)格互相垂直)，將觀察到環(huán)形的等傾干涉條紋。一般情況下，M２和M１′形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的等厚干涉條紋。單色光的等傾干涉激光器發(fā)出的光波長(zhǎng)為λ，經(jīng)凸透鏡L后會(huì)聚S點(diǎn)。S點(diǎn)可看做一點(diǎn)光源，經(jīng)G１、M１、M２′的反射，也等效于沿軸向分布的2個(gè)虛光源S１′、S２′所產(chǎn)生的干涉。因S１′、S２′發(fā)出的球面波在相遇空間處處相干，所以觀察屏E放在不同位置上，均可看到干涉條紋，故稱為非定域干涉。當(dāng)E垂直于軸線時(shí)(見(jiàn)圖2)，調(diào)整M１和M２的方位使相互嚴(yán)格垂直，則可觀察到等傾干涉圓條紋。邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的環(huán)形等傾干涉圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差，而由M２和M１反射的兩列相干光波的光程差為δ＝2dcosθ……（1）其中θ為反射光⑴在平面鏡M２上的入射角。由干涉明紋條件有2dcosθｋ＝kλ……（2）(考慮到θ較小，)（1）d、λ一定時(shí)，若θ=0，光程差δ=2d最大，即圓心所對(duì)應(yīng)的干涉級(jí)次最高，從圓心向外的干涉級(jí)次依次降低；（2）k、λ一定時(shí)，若d增大，θ隨之增大，可觀察到干涉環(huán)紋從中心向外“涌出”，干涉環(huán)紋逐漸變細(xì)，環(huán)紋半經(jīng)逐漸變??；當(dāng)d增大至光源相干長(zhǎng)度一半時(shí)，干涉環(huán)紋越來(lái)越細(xì)，圖樣越來(lái)越小，直至消失。反之，當(dāng)d減小時(shí)，可觀察到干涉環(huán)紋向中心“縮入”。當(dāng)d逐漸減小至零時(shí)，干涉環(huán)紋逐漸變粗，干涉環(huán)紋直經(jīng)逐漸變大，至光屏上觀察到明暗相同的視場(chǎng)。附圖1d變化時(shí)，等傾干涉條紋的變化特征（3）對(duì)θ=0的明條紋，有：δ=2d=kλ可見(jiàn)每“涌出”或“附圖1d變化時(shí)，等傾干涉條紋的變化特征③測(cè)鈉光D雙線的平均波長(zhǎng)（選做）：（1）先調(diào)儀器零點(diǎn)，方法如上（略）。（2）移動(dòng)M２鏡，使視場(chǎng)中心的視見(jiàn)度最小，記錄M２鏡的位置；沿原方向繼續(xù)移動(dòng)M２鏡，使視場(chǎng)中心的視見(jiàn)度由最小到最大直至又為最小，再記錄M２鏡位置，連續(xù)測(cè)出5個(gè)視見(jiàn)度最小時(shí)M２鏡位置。（3）用逐差法求Δd的平均值，計(jì)算D雙線的波長(zhǎng)差：（4）與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。3、觀察白光的等厚干涉條紋將鈉光燈換成日光燈，在等傾干涉基礎(chǔ)上，移動(dòng)M２鏡，使干涉環(huán)由細(xì)密變粗疏，直到整個(gè)視場(chǎng)條紋變成等軸雙曲線形狀時(shí)，說(shuō)明M２與M１′接近重合。當(dāng)M２與M１′達(dá)到“零程”時(shí)，在M２與M１′的交線附近就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋。再極小心地旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪找到中央條紋，其兩側(cè)對(duì)稱分布著紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的彩色條紋。記錄觀察到的條紋形狀和顏色分布。細(xì)心調(diào)節(jié)水平及垂直拉簧螺絲，使M２與M１′有一很小夾角（形成楔形空氣膜層），視場(chǎng)中便出現(xiàn)等厚干涉的直條紋，觀察和記錄條紋的形狀、特點(diǎn)。附圖2：邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的等厚干涉條紋及M1和M2的相應(yīng)位置五、注意事項(xiàng)1、邁克爾遜干涉儀系精密光學(xué)儀器，使用時(shí)應(yīng)注意防塵、防震；不要對(duì)著儀器說(shuō)話、咳嗽等；測(cè)量時(shí)動(dòng)作要輕、緩，盡量使身體部位離開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)面，以防震動(dòng)；不能觸摸光學(xué)元件光學(xué)表面。2、激光管兩端的高壓引線頭是裸露的，且激光電源空載輸出電壓高達(dá)數(shù)千伏，要警惕誤觸。測(cè)量過(guò)程中要防止回程誤差。測(cè)量時(shí)，微調(diào)鼓輪只能沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)（必須和大手輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致），否則全部測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)效，應(yīng)重新測(cè)量。。激光束光強(qiáng)極高，切勿用眼睛對(duì)視，防止視網(wǎng)膜遭受永久性損傷。5、實(shí)驗(yàn)完成后，不可調(diào)動(dòng)儀器，要等老師檢查完數(shù)據(jù)并認(rèn)可后才能關(guān)機(jī)。關(guān)機(jī)時(shí)，應(yīng)先將高壓輸出電流調(diào)整為最小，再關(guān)電源。六、數(shù)據(jù)處理七、誤差分析八、附原始數(shù)據(jù)記錄表格（注：作實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄在原始數(shù)據(jù)上用）1、數(shù)據(jù)記錄表格