广西大学学生实验报告
成绩： 指导教师：
专业： 班别： 实验时间： 实验人： 学号： 同组实验人： 实验名称：迈克尔逊干涉仪的调节和使用 实验目的: 1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理 2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。观察等倾干涉条纹，测量待测光波波长 实验仪器和用具： 钠光灯，毛玻璃屏，迈克尔逊干涉仪 【实验原理】 迈克尔孙干涉仪原理图如图35-1所示，在图中：S为光源，G1为半镀银板（使照在上面的光线既能反射又能透射，而这两部分光的强度又大致相等），G2为补偿板，材料与厚度均与G1板相同，且与G1板平行。M1、M2为平面反射镜。 光源S发出的He-Ne激光经会聚透镜L扩束后，射向G1板。在半镀银面上分成两束光：光束（1）受半镀银面反射折向M1镜，光束（2）透过半镀银面射向M2镜。二束光仍按原路反回射向观察者E（或接收屏）相遇发生干涉。 G2板的作用是使（1）、（2）两光束都经过玻璃三次，其光程差就纯粹是因为M1、M2镜与G1板的距离不同而引起。 由此可见，这种装置使相干的光束在相干之前分别走了很长的路程，为清楚起见，光路可简化为如图2 所示，观察者自E处向G1板看去，直接看到E 图 1 迈克尔孙干涉仪原理图 激光器M1活动镜 M1M 2 M LG1 (1分束板 G1补偿板 SG2S?2?观察屏?2?M2M2E 图2 迈克尔孙干涉仪简化光路图 M2镜在G1板的反射像，此虚像以M 2表示。对于观察者来说，M1、M2镜所引起的干涉，显然与M1、M2之间的空气层所引起的干涉等效。因此在考虑干涉时，M 1、M 2镜之间的空气层就成为仪器的主要部分。本仪器设计的优点也就在于M 2不是实物，因而可以任意改变M1、M2之间的距离——可以使M 2在M 1镜的前面或后面，也可以使它们完全重叠或相交。 1. 等倾干涉 当M 1、M 2完全平行时，将获得等倾干涉，其干涉条纹的形状决定于来自光源平面上的入射角i（如图35-3所示），在垂直于观察方向的光源平面S上，自以O点为中心的圆周上各点发出的光以相同的倾角ik，入射到M 1、M 2之间的空气层，所以它的干涉图样是同心圆环，其位置取决于光程差L。 从图3 看出： ?L?2ecosik (1) 当 2ecosik= k（k=1，2，3，…） 时看到一组亮圆纹。相邻两条纹的角距离为： ?ik?ik?1?ik???2eik (2) 当眼盯着第K级亮圆纹不放，改变M1与M2的位置，使其间隔e增大，但要保持2ecosik=K不变，则必须以减小cosik来达到，因此ik必须增大——这就意味着干涉条纹从中心向外“冒出”。反之当e减小，则cosik必然增大，这就意味着ik减小，所以相当于干涉圆环一个一个地向中心“缩进”。在圆环中心ik= 0，cosik=1，故 2e = k 则 e??2k (3) 可见，当M1与M2之间的距离e增大（或减小）一圈。如果在迈克尔孙干涉仪上测出M2?时，则干涉条纹就从中心“冒出”（或向中心“缩进”）2始末两态的位置，即可求出 M2走过距离?e，同时数出在这期间干涉条纹变化（冒出或缩进）的圈数?N，则可以计算出此时光波的波长： ??2?e （4） ?N 【实验内容和步骤】 一、等倾干涉及激光波长的测定 1．将迈克尔逊干涉仪调整为待测状态。 a 调节移动镜和参考镜后面的三个调节螺丝，将屏上观察到的两排亮点一一对应重合（其中各有一个最亮点要重合），使屏上能观察到等倾干涉条纹。 b 调节粗动手轮和参考镜下的两个微调螺丝，使干涉条纹疏密适中，并处于屏的中央位置，并且使移动镜、分光板、补偿板的几何中心和等倾干涉条纹的中心基本在一条直线上。 c 干涉仪调节零点；避免空程 2．定量测量激光波长 旋动微动手轮，每m=50个条纹变化（“陷入”或“冒出”）采集（读取）一次数据，记录数据于表中。（注意标尺和测微鼓轮读数匹配）。 3．用逐差法数据处理，求出平均值及标准差。得出实验结果。 【数据记录及处理】 1.测量激光波长 单位：mm d1 d2 d3 d4 d5 d6 数值(绝对值)如下表： 单位：mm ?d1 ?d2 ?d3 ?d4 ?d5 ?d6 将数据表中的数据分成2组，采用逐差法进行处理，表中数据相对应的干涉条纹变化数N=50。 ?d1= ?d2= ?d3= ?d= ?? 2?d= ?N
迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告
