1、.學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)名稱 邁克爾遜干涉儀的使用 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 報告人 學(xué) 號 同組人 學(xué) 號 同組人 學(xué) 號 同組人 學(xué) 號 理論課任課教師 實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)教師 實(shí) 驗(yàn) 日 期 報 告 日 期 實(shí) 驗(yàn) 成 績 批 改 日 期 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解邁克爾遜干涉儀的原理并掌握其調(diào)節(jié)方法精品.（2） 觀察等傾干涉、等候干涉的條紋，并能區(qū)別定域干涉和非定域干涉（3） 測定he-ne激光的波長（4） 觀察白光干涉條紋和測定鈉光波長及相干長度實(shí)驗(yàn)儀器邁克爾遜干涉儀、he-ne激光器。實(shí)驗(yàn)原理1邁克爾遜干涉儀圖1是邁克爾遜干涉儀實(shí)物圖。圖2是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖，圖中m和m是在相互垂直的兩臂上

2、放置的兩個平面反射鏡，其中m是固定的；m由精密絲桿控制，可沿臂軸前、后移動，移動的距離由刻度轉(zhuǎn)盤(由粗讀和細(xì)讀2組刻度盤組合而成)讀出。在兩臂軸線相交處，有一與兩軸成45角的平行平面玻璃板g，它的第二個平面上鍍有半透（半反射）的銀膜，以便將入射光分成振幅接近相等的反射光和透射光，故g又稱為分光板。g也是平行平面玻璃板，與g平行放置，厚度和折射率均與g相同。由于它補(bǔ)償了光線和因穿越g次數(shù)不同而產(chǎn)生的光程差，故稱為補(bǔ)償板。從擴(kuò)展光源s射來的光在g處分成兩部分，反射光經(jīng)g反射后向著m前進(jìn)，透射光透過g向著m前進(jìn)，這兩束光分別在m、m上反射后逆著各自的入射方向返回，最后都達(dá)到e處。因?yàn)檫@兩束光是相干光

3、，因而在e處的觀察者就能夠看到干涉條紋。由m反射回來的光波在分光板g的第二面上反射時，如同平面鏡反射一樣，使m在m附近形成m的虛像m，因而光在邁克爾遜干涉儀中自m和m的反射相當(dāng)于自m和m的反射。由此可見，在邁克爾遜干涉儀中所產(chǎn)生的干涉與空氣薄膜所產(chǎn)生的干涉是等效的。精品.當(dāng)m和m平行時(此時m和m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，m和m形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的干涉條紋(等厚干涉條紋)。2單色光波長的測定用波長為的單色光照明時，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m和m反射的兩列相干光波的光程差為2dcos i (1)其

4、中i為反射光在平面鏡m上的入射角。對于第k條紋，則有2dcos ik (2)當(dāng)m和m的間距d逐漸增大時，對任一級干涉條紋，例如k級，必定是以減少cosi的值來滿足式(2)的，故該干涉條紋間距向i變大(cos i值變小)的方向移動，即向外擴(kuò)展。這時，觀察者將看到條紋好像從中心向外“涌出”，且每當(dāng)間距d增加/2時，就有一個條紋涌出。反之，當(dāng)間距由大逐漸變小時，最靠近中心的條紋將一個一個地“陷入”中心，且每陷入一個條紋，間距的改變亦為/2。因此，當(dāng)m2鏡移動時，若有n個條紋陷入中心，則表明m相對于m移近了dn (3)反之，若有n個條紋從中心涌出來時，則表明m相對于m移遠(yuǎn)了同樣的距離。如果精確地測出m

5、移動的距離d，則可由式(3)計算出入射光波的波長。3測量鈉光的雙線波長差鈉光2條強(qiáng)譜線的波長分別為589.0 nm和589.6 nm，移動m，當(dāng)光程差滿足兩列光波和的光程差恰為的整數(shù)倍，而同時又為的半整數(shù)倍，即k(k)這時光波生成亮環(huán)的地方，恰好是光波生成暗環(huán)的地方。如果兩列光波的強(qiáng)度相等，則在此處干涉條紋的視見度應(yīng)為零(即條紋消失)。那么干涉場中相鄰的2次視見度為零時，光程差的變化應(yīng)為lk(k1)(k為一較大整數(shù))由此得于是=式中為、的平均波長。對于視場中心來說，設(shè)m鏡在相繼2次視見度為零時移動距離為d，則光程差的變化l應(yīng)等于2d，所以(4)對鈉光589.3 nm，如果測出在相繼2次視見度最

6、小時，m鏡移動的距離d ,就可以由式(4)求得鈉光d雙線的波長差。4.點(diǎn)光源的非定域干涉現(xiàn)象激光器發(fā)出的光，經(jīng)凸透鏡l后會聚s點(diǎn)。s點(diǎn)可看做一點(diǎn)光源，經(jīng)g(g未畫)、m、m的反射，也等效于沿軸向分布的2個虛光源s、s所產(chǎn)生的干涉。因s、s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，則可看到不同形狀的干涉條紋，故稱為非定域干涉。當(dāng)e垂直于軸線時(見圖3)，調(diào)整m和m的方位也可觀察到等傾、等厚干涉條紋，其干涉條紋的形成和特點(diǎn)與用鈉光照明情況相同，此處不再贅述。精品.實(shí)驗(yàn)步驟1觀察擴(kuò)展光源的等傾干涉條紋并測波長點(diǎn)燃鈉光燈，使之與分光板g等高并且位于沿分光板和m鏡的中心線上，轉(zhuǎn)動粗調(diào)手

7、輪，使m鏡距分光板g的中心與m鏡距分光板g的中心大致相等(拖板上的標(biāo)志線在主尺32 cm 位置)。在光源與分光板g之間插入針孔板，用眼睛透過g直視m鏡，可看到2組針孔像。細(xì)心調(diào)節(jié)m鏡后面的 3 個調(diào)節(jié)螺釘，使 2 組針孔像重合，如果難以重合，可略微調(diào)節(jié)一下m鏡后的3個螺釘。當(dāng)2組針孔像完全重合時，就可去掉針孔板，換上毛玻璃，將看到有明暗相間的干涉圓環(huán)，若干涉環(huán)模糊，可輕輕轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，使m鏡移動一下位置，干涉環(huán)就會出現(xiàn)。再仔細(xì)調(diào)節(jié)m鏡的2個拉簧螺絲，直到把干涉環(huán)中心調(diào)到視場中央，并且使干涉環(huán)中心隨觀察者的眼睛左右、上下移動而移動，但干涉環(huán)不發(fā)生“涌出”或“陷入”現(xiàn)象，這時觀察到的干涉條紋才是嚴(yán)

8、格的等傾干涉。測鈉光d雙線的平均波長。先調(diào)儀器零點(diǎn)，方法是：將微調(diào)手輪沿某一方向(如順時針方向)旋至零，同時注意觀察讀數(shù)窗刻度輪旋轉(zhuǎn)方向；保持刻度輪旋向不變，轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，讓讀數(shù)窗口基準(zhǔn)線對準(zhǔn)某一刻度，使讀數(shù)窗中的刻度輪與微調(diào)手輪的刻度輪相互配合。始終沿原調(diào)零方向，細(xì)心轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，觀察并記錄每“涌出”或“陷入”50個干涉環(huán)時，m鏡位置，連續(xù)記錄6次。根據(jù)式(5-8)，用逐差法求出鈉光d雙線的平均波長，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。2觀察等厚干涉和白光干涉條紋在等傾干涉基礎(chǔ)上，移動m鏡，使干涉環(huán)由細(xì)密變粗疏，直到整個視場條紋變成等軸雙曲線形狀時，說明m與m接近重合。細(xì)心調(diào)節(jié)水平式垂直拉簧螺絲，使m與m有

9、一很小夾角，視場中便出現(xiàn)等厚干涉條紋，觀察和記錄條紋的形狀、特點(diǎn)。用白熾燈照明毛玻璃(鈉光燈不熄滅)，細(xì)心緩慢地旋轉(zhuǎn)微動手輪，m與m達(dá)到“零程”時，在m與m的交線附近就會出現(xiàn)彩色條紋。此時可擋住鈉光，再極小心地旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪找到中央條紋，記錄觀察到的條紋形狀和顏色分布。3測定鈉光d雙線的波長差以鈉光為光源調(diào)出等傾干涉條紋。移動m鏡，使視場中心的視見度最小，記錄m鏡的位置；沿原方向繼續(xù)移動m鏡，使視場中心的視見度由最小到最大直至又為最小，再記錄m鏡位置，連續(xù)測出6個視見度最小時m鏡位置。用逐差法求d的平均值，計算d雙線的波長差。4點(diǎn)光源非定域干涉現(xiàn)象觀察方法步驟自擬。邁克爾遜干涉儀系精密光學(xué)儀器，

10、使用時應(yīng)注意防塵、防震；不能觸摸光學(xué)元件光學(xué)表面；不要對著儀器說話、咳嗽等；測量時動作要輕、要緩，盡量使身體部位離開實(shí)驗(yàn)臺面，以防震動。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果波長(1)記錄m2的位置并用逐差法計算m2移動的距離d、he-ne激光的“冒進(jìn)”或“縮進(jìn)”的條紋數(shù)m2的位置讀數(shù)d（cm）m2移動的距離d（cm）=2d/n精品.n0.00658850d0=31.17115d0=d5-d0=0.0868050d1=31.19113d1=d6-d1=0.0827150d2=31.20891d2=d7-d2=0.0814050d3=31.22575d3=d8-d3=0.0893950d4=31.24211d4=d9-

11、d4=0.0805450d5=31.25795vd=0.0823550d6=31.2738450d7=31.2903150d8=31.3060550d9=31.32265(2)講結(jié)果與公認(rèn)值（632.8nm）比較，計算相對誤差 658.8-632.8632.8x100%=4.1%實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1在實(shí)際測量中，出現(xiàn)了一下情況：隨測量次數(shù)的增多，圓心位置發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象是與理論相悖的，原因是由于m1與m2未達(dá)到完全平行或調(diào)整儀器時未調(diào)整好，而且圓心偏移速度越快越說明m1與m2平行度越差2在測量完第一組數(shù)據(jù)后，反向旋轉(zhuǎn)時會在旋轉(zhuǎn)相當(dāng)多圈后才會出現(xiàn)中心圓環(huán)的由吞吐變吐，這個轉(zhuǎn)變不是立即就完成的，這是

12、因?yàn)閮x器右側(cè)的旋鈕為微調(diào)旋鈕，使用它對干涉儀的性質(zhì)改變影響較小，故有吞變吐需要旋轉(zhuǎn)相當(dāng)一段時間，此時應(yīng)旋轉(zhuǎn)中部大旋鈕，再使用微調(diào)，但不要忘記刻度盤調(diào)零。精品.3兩組數(shù)據(jù)所測得的結(jié)果相差較大，這可能是由于測量過程的誤差或操作失誤所引起的，應(yīng)盡量避免。4實(shí)驗(yàn)中還觀察到許多現(xiàn)象，如m1上出現(xiàn)很多光斑，其中有亮有暗，同心圓的粗細(xì)和疏密變化等等。但由于理論知識的缺乏，我們尚無法給出上述問題的完美解釋，需要我們進(jìn)一步的學(xué)習(xí)與探索。一進(jìn)行分析討論。從數(shù)據(jù)表格可以看到，在誤差允許范圍內(nèi)，測量波長與理論波長一致，驗(yàn)證了這種測試方法的可行性。誤差分析實(shí)驗(yàn)中空程沒能完全消除；實(shí)驗(yàn)對每一百條條紋的開始計數(shù)點(diǎn)和計數(shù)結(jié)束

13、點(diǎn)的判定存在誤差；實(shí)驗(yàn)中讀數(shù)時存在隨機(jī)誤差；實(shí)驗(yàn)器材受環(huán)境中的振動等因素的干擾產(chǎn)生偏差。3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)分析，當(dāng)順時針轉(zhuǎn)動旋鈕時，“吐”出圓環(huán)，此時測得一波長，當(dāng)逆時針轉(zhuǎn)動旋鈕時，“吞”出圓環(huán)，此時亦測得一波長。將二者取平均值得測得光的波長：p=0.95一個邁克爾遜實(shí)驗(yàn)，不但讓我領(lǐng)悟到邁克爾遜設(shè)計干涉儀的巧妙和智慧，也更讓我知道了做實(shí)驗(yàn)要有耐心和恒心，哪怕實(shí)驗(yàn)再麻煩，也必須堅持不懈，注重細(xì)節(jié)，這樣才能真正地把實(shí)驗(yàn)做精品.2.1、為什么白光干涉不易觀察到？答：兩光束能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象除滿足同頻、同向、相位差恒定三個條件外，其光程差還必須小于其相干長度。而白光的相干長度只有微米量級，所以只能在零光程附近才能觀察到白光干涉。2.3、討論干涉條紋吐出或吞入時的光程