迈克尔逊干涉仪试验报告南昌大学

南南 昌昌 大大 学学 物物 理理 实实 验验 报报 告告 课程名称：课程名称：大学物理实验大学物理实验 实验名称：实验名称：迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪 学院：学院：机电工程学院机电工程学院专业班级：专业班级： 能源与能源与 动力工程动力工程 162162 班班 学生姓名：学生姓名：韩杰韩杰学号：学号： 51 51 实验地点：实验地点：基础实验大楼基础实验大楼座位号：座位号： 一、一、实验目的：实验目的： （1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。 （2）测量光波的波长和钠双线波长差。 二、实验原理：二、实验原理： 1.1.迈克尔逊干涉仪结构原理迈克尔逊干涉仪结构原理 图 1 是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源S 发出的光射在分光镜 G1，G1 右表面镀有半透半反射膜，使入射光分成 强度相等的两束。反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜 M1 和 M2，它们经反射后再回到 G1 的半透半反射膜处， 再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。如到达 E 处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。 G2 为补偿扳，它与 G1 为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的 次数相等，波阵面不会发生横向平移。 M1 为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2 为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个 微调螺丝。 2.2.可动全反镜移动及读数可动全反镜移动及读数 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前 后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在 mm 刻度尺上读出。 （2）粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动 1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共 100 个小格，每小格为 0.01mm，□□ 由读数窗口内刻度盘读出。 （3） 微动手轮： 每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格， 即可动全反镜移动 0.01mm， 微动手轮有 100 格， 每格 0.0001mm， 还可估读下一位。△△△由微动手轮上刻度读出。 注意螺距差的影响。 激光器激光波长测试原理及方法激光器激光波长测试原理及方法 光程差为：  2dcos k (明纹)   2d cos  (2k 1) (暗纹)   2 当θ=0 时的光程差δ最大， 即圆心所对应的干涉级别最高。 转动手轮移动 M1， 当 d 增加时，相当于增大了和k 相应的θ角（或圆锥角） ，可以看到圆环一个个从 中心“冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与 M ’之间距离变化了半个波长。 12 若将 M 与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干涉环变化，则 12 d  N  或  2  由此可测单色光的波长。 2d N 4.4.钠双线波长差的测量原理和测量方法钠双线波长差的测量原理和测量方法 从条纹最清晰到条纹消失由于M1移动所附加的光程差： L m  k 2  (k 1 2 ) 1 钠双线波长差: 2 2L m Lm是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M1所移动的距离。 二、二、实验仪器：实验仪器： 迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器、钠光灯、扩束镜 三、三、实验内容和步骤：实验内容和步骤： 1.1.测测 He-NeHe-Ne 激光的波长激光的波长 (1)激光直接照射到分光板中部，调整调节螺丝使观察屏上的最大最亮的2 个反射点严格重合。 (2)放入扩束镜,使光斑均匀地射到分光板上，调节拉簧螺丝，使屏上出现的圆环的圆心移动到观察屏中央。 (3)调节微调鼓轮向一个方向转动几圈，当看到观察屏上有条纹吞吐了,记录 M1 的初试位置 d1。 (4)继续转动微调鼓轮，每吞吐50 个条纹记录一次 M1 的位置, 连续记录 8 组数据。 2.2.测钠光的双线波长差测钠光的双线波长差 (1)点亮钠光灯，使光源与分光板等高并且位于分光板和M2镜的中心连线的延长线上。转动粗调手轮，使M1和 M2至 G1的距离大致相等。 (2)取下并轻轻放置好观察屏，直接用眼睛观察。仔细调节M2 后面或下方的调节螺丝，应能看到钠光的等倾条纹。 (3)转动粗调手轮，找到条纹变模糊位置，调好标尺零点。用微调手轮继续缓缓移动M1，同时仔细观察至条纹反衬度 最低时记下 M1 的位置。随着光程差的不断变化，按顺序记录六次条纹反衬度最低时M1 的位置读数。相邻两次读数差 等于 Lm的值。 五、数据处理：五、数据处理： 1.1.测测 He-NeHe-Ne 激光的波长激光的波长 条纹变化数 N1 M1的位置 d1(mm) 条纹变化数 N2 M1的位置 d2(mm) N=N2-N1 0 200 200 ×10-4 50 250 200 ×10-4 100 300 200 ×10-4 150 350 200 ×10-4 d  d 2 d 1  d (mm) 100  (A) o o 6563  公＝6328A ， E  － 公  公 100％＝ 6563－6328 6328 100％3.7％ 。 2.测钠光的双线波长差 条纹模糊数 k d k (103m) 1234 —— 5 ——  L mk  d k  3  d k (  10 3m) Lm L m1 L m2 L m3(103m) 33 ＝5893A ， L m  o L m1 L m2 L m3 0.86860+0.87229+0.92157 =10-3m =0.2958010-3m=2.9580106A 3333 o oo58932 A 5.87A 。 2L m 22.9580106 2  0  5.97A ， o E  － 0  0 100％＝ 5.87－5.97 5.97 100％1.7％ 。 六、误差分析六、误差分析 ①迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。切勿用手触摸镜片。 ②调测微尺零点方法：先将微调鼓轮沿某一方向（按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读 数窗口中某一刻度，以后测量时使用微调鼓轮须向同一方向旋转。 ③微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。 ④用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。 七、思考题七、思考题 （1）在观察等倾干涉条纹时，使M1 和 M2’逐渐接近直至零光程，试描述条纹疏密变化 情况。 答答：光程差逐渐减小，干涉条纹不断“缩进” ，条纹由密变稀。当光程差减小到零时，条纹在视场中变模糊，视场变 成一片亮场。 （2）在测定钠双线波长差的实验中，你是如何理解条纹反衬度随光程差的变化规律的 答答：  1与  2 的干涉图样同时加强，条纹最清晰，条纹反衬度 V=1，此时移动 M1 以改变光程差，当一个光波的明条 纹与另一光波的暗条纹恰好重叠时，干涉条纹消失，条纹反衬度V=0。这时由于 M1 移动为 Lm。从条纹最清晰（条纹 反衬度 V=1）到下次条纹最清晰（条纹反衬度 V