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实验目的:
1)学会使用迈克尔逊干涉仪 2)观察等倾、等厚和非定域干涉现象
3)测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。
实验仪器:
氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏 实验原理:
1:迈克尔逊干涉仪的原理:
迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示,光源S出
发的光经过称45。放置的背面镀银的半透玻璃板
P1被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光,光路1通过M1镜反射并再次通过P1照射在观察平面E上,光路2通过厚度、折射率与P1相同的玻璃板P2后由M2镜反射再次通过P2并由P1背面的反射层反射照射在观察平面E上。图中平行于M1''的M2是M2经P1反射所成的虚像,即P1到M2与P1到M2的光程距离相等,故从P1''到M2的光路可用P1到M2等价替代。这样可以认为M1与M2之间形成了一个空
气间隙,这个空气间隙的厚度可以通过移动M1完成,空气间隙的夹角可以通过
'改变M1镜或M2镜的角度实现。当M1与M2平行时可以在观察平面E处观察到'等倾干涉现象,当M1与M2有一定的夹角时可以在观察平面E处观察到等厚干涉
现象。
2:激光器激光波长测量原理:
由等倾干涉条纹的特点,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 ,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。 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△d=N 由此可测单色光
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的波长。
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3:钠光双线波长差的测定:
在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时,可以看到随着动镜M1的移动,条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化,即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化,利用这一特性,可测量钠光双线波长差,对于等倾干涉而言,波长差的计算公式为:实验内容与数据处理: (1)观察非定域干涉条纹
1)通过粗调手轮打开激光光源,调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜
M2入射,取掉投影屏E,可以看到两排激光点
2)粗调手轮移动M1镜的位置,使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3)调节M1、M2镜后面的两个旋钮,使两排激光点重合为一排,并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏E,就可以看到干涉条纹。
' 4)仔细调节M1、M2镜后面的两个旋钮,使M1与M2平行,这时在屏上可
以看到同心圆条纹,这些条纹为非定域条纹。
5)转动微调手轮,观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差改变的变化情况。 (2)测量He-Ne激光波长
1)调整仪器的测量零点
2)向同一个方向缓旋动微调手轮,当观察到条纹显著的涌出或缩进时,开始记录此时M1镜的位置m0。持续沿同一方向旋动微调手轮,条纹中心每“吞”或“吐”100条条纹记一次h值,连续记录十次,并将数据记录在相应表格中,并计算出激光波长?及其误差 (3)钠光双线波长差??的测定
1)将光源换为钠灯,在钠光灯与P1之间放置一块磨砂玻璃,并将投影屏E取下,通过分光板A直接观察干涉条纹。
2)缓慢旋动微调手轮,观察钠灯产生的干涉条纹的吞吐。
3)继续缓慢旋动微调手轮移动M1镜,观察到条纹的反衬度周期变化,记录条纹从不可见到下个不可见时M2的位置d值,连续记录六次,讲数据记录在相应表格中,利用最小二乘法求出?d,计算钠光双线的波长差及其误差。 数据处理
由最小二乘法可得到 =0.03295mm
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迈克尔逊干涉仪实验报告87793
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