迈克尔逊干涉仪实验报告南昌大学Word文档格式.docx
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实验地点:
基础实验大楼座位号:
一、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:
1.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.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。
3.He-Ne激光器激光波长测试原理及方法
光程差为:
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M1与M2’之间距离变化了半个波长。
若将M1与M2’之间距离改变了△d时,观察到N个干涉环变化,则
或
由此可测单色光的波长。
4.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:
钠双线波长差:
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、实验仪器:
迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、钠光灯、扩束镜
三、实验内容和步骤:
1.测He-Ne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.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。
5、数据处理:
条纹变化数N1
50
100
150
M1的位置d1(mm)
33.40295
33.41987
33.43619
33.45258
条纹变化数N2
200
250
300
350
M1的位置d2(mm)
33.46919
33.48541
33.50168
33.51782
N=N2-N1
0.06624
0.06554
0.06549
0.06524
6.624×
10-4
6.554×
6.549×
6.524×
6563
,
。
2.测钠光的双线波长差
条纹模糊数k
1
2
3
4
5
6
33.06421
33.35108
33.64115
33.93281
34.22337
34.56272
0.86860
0.87229
0.92157
——
0.29580
6、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
(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:
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?
与
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=1),由于M1移动所附加的光程差为2Lm。
干涉条纹反衬度随光程差作周期变化。
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