用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率文档格式.docx
- 文档编号:22678616
- 上传时间:2023-02-05
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:109.20KB
用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率文档格式.docx
《用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率文档格式.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
设计要求
⑴通过查找资料,并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书,了解仪器的使用方法,找出所要测量的物理量,并推导出计算公式,在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵选择实验的测量仪器,设计出实验方法和实验步骤,要具有可操作性。
⑶测量5组数据,测量玻璃的折射率n。
⑷应该用什么方法处理数据,说明原因。
⑸实验结果用标准形式表达,即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
有关提示
若用白光作光源,在一般情况下,不出现干涉条纹。
进一步分析还可看出,在M2、M'
i两面相交时,交线上d=0,但是由于1、2两束光在半反射膜面上的反射情况不同,引起不同的附加光程差,故各种波长的光在交线附近可能有不同的光程差。
因此,用白光作光源时,在M2、M;
,两面的交线附近的中央条纹可能是白色明条纹,也可能是暗条纹。
在它的两旁还大致对称的有几条彩色的
直线条纹,稍远就看不到干涉条纹了。
调出白光干涉条纹,此时Mi镜位置读数为乙将待测玻璃片插入有Mi镜的臂中,再次调出白光干涉条纹,这时M1镜位置读数为z2,
评分参考(10分)
⑴正确写出实验原理和计算公式,2分。
⑵正确的写出测量方法,1分。
⑶写出实验内容及步骤,1分。
⑷正确的联接仪器、正确操作仪器,2分。
⑸正确的测量数据,1.5分。
⑹写出完整的实验报告,2.5分。
(其中实验数据处理,1分;
实验结果,
0.5分;
整体结构,1分)
学时分配
实验验收,4学时,在实验室内完成;
教师指导(开放实验室)和开题报告1
学时。
实验目的
1.了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构及调整方法。
2•测量的折射率。
实验仪器
迈克尔逊干涉仪、HNL—55700多束光纤激光器、玻璃片、白炽灯,钠灯,千分尺。
实验原理
I仪器结构介绍
1•导轨;
2•底座;
3.水平调节螺灯;
4.传动盒盖;
5•转动手轮;
6.读数窗口;
7•微调手轮;
8•刻度轮;
9•移动镜拖板;
10.盘头螺灯;
11.12镜架;
13.分光镜;
14.补偿镜;
15.16反射镜;
17.18微调弹簧。
图㈡
精磨的导轨
(1)固定在底座
(2)上,底座上有三个调节水平的螺钉(3),用以调节仪器的水平。
在导轨内部装有一根螺距为1毫米的精密丝杆。
丝杆与传动盒盖(4)内的齿轮系统相连,转动大手轮即可动作齿轮系统带动丝杆,由丝杆传动移动镜拖板前后移动。
仪器有三个读数尺,主尺附在导轨侧面,最小分度
为1毫米,读数窗口(6)内有一个一百等分微调手轮(7)转动一圈等于圆盘转一小格,微调手轮有一个刻度轮(8)分为100等份,每一小格对应于拖板移动0.1微米。
U利用定域等厚干涉条纹法测量平行玻片折射率
用迈克尔逊干涉仪测平行玻片折射率的实验装置如图1所示.
图1
其中反射镜M1和M2半反射镜G1、补偿板G2构成干涉仪的主体,M2'
是通
M2过M1所成的像。
不放玻片时,用白光调出干涉直条纹,彩色条纹中央的白色或灰色条纹对应于M1和M2'
重合的位置。
设此时M1离开观察透镜的距离为Z1,加上厚度为t、折射率为n的玻片后,再用白光调出彩色干涉条纹。
设条纹在视场中央并且两侧条纹分布对称时,对应的距离为Z2。
显然乙与Z2的差应等于由玻片引入的光程与空气的光程之差。
即:
z2-N=(nT)t
(1)
由此可得:
n=Z^Z1^d1
(2)
tt
其中,d=Z2-是M1在两次观测中移动的距离,可从实验中测得。
玻片的
厚度t已知,可由式
(2)得出玻片的折射率n.
用白光为光源在迈克尔逊干涉仪上调出干涉条纹是本实验的关键。
常用的调节方法是:
使Mi和M2稍有夹角,用单色面光源调出近似直线状条纹。
然后调节Mi,
直至干涉条纹出现曲率相反的情况,在其分界处,即可调出白光干涉条纹,如图
2所示。
然后加入玻片移动Mi镜距离后,调出白光干涉条纹,但此时条纹并不呈
直线状而是有一定的弯曲,这是由于采用的是面光源,所以光线是以不同的入射角射向反射镜及玻璃片,而加入玻片前后光程差的变化由两部分组成玻片引起的光程差变化.丄和反射镜移动引起的光程差变化.丄
其光路图3。
图2反射镜不同位置对应的等厚和非等倾非等厚干涉条纹
⑸玻片引起的光程差变化
Ml皱玻片前〉
Ml®
玻片后)
可看到白光干涉条纹的条件是:
图3加入玻片前后光程差的变化
(L工)二2t.n2-sin2i-2tncosi二k,(3)
值得说明的是,当人眼上下移动时,观察到的条纹出现及消失时刻不同,也就是Mi镜到分光板M间的距离不一致,所以为避免此种情况带来的误差,在观察白光干涉条纹时,一定要保持人眼的观察方向和位置不变。
实验内容与步骤
(1)迈克尔逊干涉仪的基本调节
1•点燃氦氖激光器,调节其高度和方向,使激光束大致照到两平面镜Mi、
M2及屏E的中部,并使从两平面镜反射来的两束光能尽量原路返回,即尽可能
回到激光器的出光口。
2.屏上可以看到两排光点,都以最亮者居中。
调节Mi和M2后面的三个螺丝,使两个最亮点重合(此时M1和M2相互垂直)。
此时要检查回到激光器的两束光是否仍照在出光口或附近。
(2)观察等厚干涉条纹,测量透明玻璃片厚度
1.调节白光条纹。
先用单色光源调好等倾圆条纹,使Mi与G的距离稍大
与于M2与G1的距离,然后稍稍旋转M2镜太下的水平拉簧螺丝,使M1、M2成一很小的夹角,此时看见弯曲的条纹。
向前移动M1使条纹变直,这表明中央条
纹在逐渐向视场中央移动。
再以白光代替单色光,继续按原方向缓慢地转动鼓轮,使M1继续向前移动,直到白光干涉条纹出现。
2•将中央条纹移至视场中某一位置,记下M1的位置,将待测玻璃片放在M1与G之间的光路中,使玻璃片与M1平行。
向前移动M1,直至中央条纹重新移至视场中同一位置,再记下M1的位置,则M1所移动的距离即为式(4)中的Ad。
3.用千分尺测量玻璃片的厚度t,重复测量5次,记录数据,并求其平均值。
实验数据表:
序号
Z1(mm)
Z2(mm)
两次观察移动
的距离d(mm)
玻璃片的厚度
t(mm)
折射率n
1
33.17349
33.48877
0.31528
0.563
1.560
2
33.17225
33.48128
0.30903
0.562
1.549
3
33.18011
33.49178
0.31167
1.555
4
33.17538
33.48763
0.31225
1.556
5
33.17426
33.48691
0.31265
0.560
1.558
数据处理:
本实验求解不确定度应利用标准偏差的传递公式进行估算。
根据公式n=Z^Zl1可算出d和n,并填于表中
0.315280.309030.311670.312250.312651.56088
d0.31218mm
55
A类不确定度:
n(nT)
(di-d)2
(0.0031
B类不确定度
(0.315280.31218)-(0.309^31川0.312185卜0.312『8.)3]126
0.0203150.0005120.000金7).00100047
二0.00120.000062二0.001mm
玻璃片厚度的平均值为:
t(0.5630.5620.5620.5620.560)
2.809二0.562mm
t的A类不确定度:
Cf二
呵一1)二(7
=.再[(0.563-0.562)2000(0.560-0.562)2]
=o.ooomm
t的B类不确定度:
Ub
°
.004=0.002mm
Utt
uB=0.002mm
Inn^ln(d-)
t
Inn=ln(dt)「Int
.:
ddt
:
lnn11
tdttt(dt)
所以折射率n的相对不确定度为:
U-
Ur—
n
Id+t丿
Ud2
Ut2
Ud
dUt
0.001
2*;
0.312180.002
10.31218+0.562丿[0.562£
0.31218+0.562)」
2*2
―0.0010.001=0.001
-1
n=5谅。
1.549卄551.556诈8"
556
Un-1.55560.0010.002
.n=1.556_0.002Ur-0.1%
讨论:
在测量过程中,微调鼓轮应沿同一方向转动,中途不可倒转,以便消除螺纹的间隙误差。
补偿板的厚度和折射率与分束板完全相同,且与之平行,其作用是使干涉仪对不同波长的光可同时满足在玻璃中的光程差相等,因此,只需要计算两束光在空气中的光程差就可以了。
心得体会
通过以上的实验可知,在利用根据白光干涉条纹在视场中的相对位置进行测量时,操作相对简单,适用于观察法测量玻片折射率。
但在测量时,观察条纹时的人眼始终要平视半反射镜,否则将造成干涉条纹出现的相对位置发生变化而使测量结果不正确。
自己做过上面的实验后,感觉有一定的难度,关键是要在加入玻片后调出干涉条纹,由于能在视场中看到的条纹范围很窄,所以调节时一定要仔细,而且
还要缓慢地转动微动手轮,同时在转动时,人眼得注视观察屏,否则容易错过观察到干涉条纹的时间,这样就必须重新调节进行观察。
总之,只要掌握好实验基本原理和方法,以及在进行实验时认真仔细,就一定能完成实验,达到预期目的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 迈克 干涉仪 测量 玻璃 折射率