用迈克尔逊干涉仪测量激光波长Word格式文档下载.doc
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等倾干涉
在物理课上,我们只是从理论上研究了薄膜干涉的原理,那么在实验课上我们通过什么方法获得等倾或等厚干涉的图像呢?
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迈克尔逊干涉仪
***注意***
本实验只利用迈克尔逊干涉仪测量等倾干涉图像
〔正课:
实验目的与要求
迈克尔逊干涉仪的构造
迈克尔逊干涉仪的原理
迈克尔逊干涉仪的使用
实验原理
1.迈克尔逊干涉仪的构造
2.迈克尔逊干涉仪的原理
(1)光路图
图30—2迈克尔逊干涉仪光路图
光源S发出的光到达分光板后,被分成振幅(强度)几乎相等的反射光
(1)和透射光
(2)。
光束
(1)向着前进,光束
(2)经过后向着前进,这两束光分别在和上反射后逆着各自的入射方向返回,最后到达光屏E。
由于这两束光是来自同一光源S的同一束光,因此他们是两列相干光束,在E处必有干涉图样形成。
由于光在分光板的第二面反射,使在附近形成以平行与的虚像′,因而光在迈克尔逊干涉仪中自和的反射就相当于和′的反射。
故迈克尔逊干涉仪产生的干涉等效于和′所构成的虚光板产生的干涉,即相当于厚度为的空气薄膜所产生的干涉。
(2)光程差的计算
图30—4非定域等倾干涉
当和ˊ平行时(⊥),将观察屏垂直置于S和Sˊ连线处,就可以观察到等倾干涉圆环条纹。
由于和ˊ之间为空气,折射率n=1,故光程差。
并且有:
=(k=0、1、2…)
对光程差作进一步的分析:
当一定时,之取决于入射角θ。
例如:
在O点处,θ=0,=2为最大值,中心处干涉条纹的级次k最大,随着θ角的增大,干涉条纹的级次k逐渐减小。
对于具有相同θ角的各点,干涉条纹相同,故称这样的干涉为等倾干涉,干涉条纹又称等倾角线。
因此,等倾干涉条纹必然是以O点为圆心的明暗相间的同心圆环。
当增大时,要保持某一干涉条纹的级次k不变,必须使减小,即增大θ角,从而使得k级条纹从中心向外移动,在屏E上会看到干涉圆环一个个从中心向外“吐出”的现象,并且圆环条纹逐渐变密,变细。
当减小时,在屏E上看到干涉圆环一个个从中心“吞入”的现象,并且圆环条纹逐渐变疏,变粗。
因此,移动平面镜,就会在观察屏E上看到干涉圆环吞吐的现象,当移动λ/2的距离,即每改变λ/2的距离,就会在观察屏上看到有一个圆环条纹从中心“吞入”或“吐出”,也就是说,每当“吞入”或“吐出”一个圆环条纹,就移动了半个波长,所以根据干涉圆环的吞吐就可以测量光源的波长,这也就是干涉仪测量长度或长度变化的理论依据。
只要数出圆环“吞入”或“吐出”的数目N,并且记录下移动的距离Δ,就可以计算出光源的波长,即:
Δ=N·
λ=
实验步骤
1.打开激光器,粗略调节迈克尔逊干涉仪与激光器大致处于同一水平高度,并使其大致垂直,让激光束通过分光板、补偿板(注:
最好射到中间位置)垂直入射到平面镜上.
2.将平面镜和背后的倾度粗调螺钉置于中间位置,再调节干涉仪的水平调节螺母,使两平面镜反射的光点都处在激光器发射孔附近;
3.用遮光罩遮住,调节背后的倾度粗调螺钉,使其反射的光点正好射回激光器的发射孔中
4.把遮光罩换止,调节背后的倾度调节螺钉,使反射的三个光点中间的一个(最亮)射回激光器的发射孔,即⊥;
5.将扩束透镜放置在激光器与分光板之间的适当位置——让透射光照射到分光板上,在观察屏的背面就可以观察到等倾干涉圆环条纹,这时的条纹可能不够圆或者中心偏移,再调节的倾度微调螺丝,使条纹变圆、居中;
6.转动大轮使前后移动来改变,观察等倾圆环条纹的变化规律并记录,与大学物理中所学的理论进行比较;
7.增大,使干涉圆环略细,转动小轮使中央亮斑最大,记下主尺、大轮、小轮的读数,继续转动小轮,同时记下干涉环“吞入”或“吐出”的数目N,一般取N=50,每隔50环记一次主尺、大轮、小轮的读数,测9次;
8.在利用等倾干涉条纹测定He-Ne激光波长的基础上,转动手轮,使环形条纹粗而疏时即减小和′之间的距离,调节的倾度微调螺丝,让与′有一个很小夹角,继续转动手轮使弯曲条纹往圆心方向移动,在观察屏上就会出现等厚干涉条纹,再改变和′之间的距离,观察等厚干涉条纹的变化规律并与大学物理中的理论进行比较说明。
1切勿用眼睛直视激光;
2切勿用手或别的东西触摸各种镜的光学表面;
3粗调螺钉事先放到中间位置,调节不可太紧,也勿旋出;
4测量时手轮只能向一个方向转动,以免引起空回误差;
5计数要准且读数应在中央亮斑最大时进行;
6实验时切勿震动实验桌。
1当调节迈克尔逊干涉仪⊥时,也可以同时调节和背后的倾度调节螺钉,先让使反射的三个光点中间的一个(最亮)与的反射光重合;
再通过调节底角螺钉,让重合光点射入激光孔。
2如果在观察屏上看不到干涉圆环,可将扩束透镜拿开,在观察屏上观察,反射的三个光点中间的一个(最亮)与的反射光点是否重合,如不重合,继续调节和背后的倾度调节螺钉
6
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