北航邁克爾遜干涉儀研究性實驗報告

1、北航邁克爾遜干涉儀研究性實驗報告篇一：邁克爾遜干涉儀研究性試驗報告基礎(chǔ)物理實驗研究性報告邁克爾遜干涉實驗第一作者：陳子豪第二作者：李碩機械工程及自動化學(xué)院目錄摘要：21 .實驗原理31.1 邁克爾遜干涉儀的光路31.2 單色點光源的非定域干涉條紋31.3 邁克爾遜干涉儀的機械結(jié)構(gòu)62 .實驗儀器73 .主要步驟73.1 邁克爾遜干涉儀的調(diào)整73.2 點光源非定域干涉條紋的觀察和測量73.3 數(shù)據(jù)處理84 .數(shù)據(jù)記錄與處理84.1 實驗數(shù)據(jù)記錄84.2 用逐差法處理數(shù)據(jù)94.3 計算不確定度94.4 得出最終結(jié)果并給出相對誤差105 .討論115.1 誤差分析11(1)常見誤差來源11(2)空程

2、誤差11(3)M1、M2不嚴格垂直引起的誤差12(4)空氣折射率變化引起的誤差12(5)圓環(huán)吞吐計數(shù)誤差125.2 改進方案135.3 實驗感想146 .附錄146.1 參考文獻146.2 原始數(shù)據(jù)14摘要：邁克爾遜干涉儀是光學(xué)干涉儀中最常用的儀器，用它可以高度精確地測定微小長度、光的波長、透明體的折射率等等。本文主要就利用邁克爾遜干涉儀測量激光波長的實驗進行討論，根據(jù)所采集數(shù)據(jù)得到結(jié)果，并就測量結(jié)果與理論結(jié)果的誤差進行定量分析，并根據(jù)自身實驗經(jīng)驗對實驗給予評價與改進意見。關(guān)鍵詞：邁克爾遜干涉，波長，誤差分析AbstractMichelsoninterferometerisoneofthemo

3、stcommonformofopticalinterferometers,bywhichwecandeterminethesmalllength,thewavelengthoflightandtherefractiveindexofatransparentbodywithhighaccuracy.ThisessaymainlyfocusontheexperimentofmeasuringlaserwavelengthbyMichelsoninterferometer,byusingthedatacollectedfrompracticetoquantitativelyanalyzetheerr

4、orsourceandgivesomeassessmentandimprovementaccordingtoourownpracticalexperiences.Keywords:Michelsoninterferometer,wavelength,erroranalysis1 .實驗原理1.1 邁克爾遜干涉儀的光路邁克爾遜干涉儀的光路如圖1所示，從光源S發(fā)出的一束光射在分束板G1上，將光束分為兩部分：一部分從G1的半反射膜處反射，射向平面鏡M2；另一部分從G1透射，射向平面鏡M1。因G1和全反射平面鏡M1、M2均成45°角，所以兩束光均垂直射到M1、M2上。從M2反射回來的光，透過

5、半反射膜；從M1反射回來的光，為半反射膜反射。二者匯集成一束光，在EG2與G1平行，其材料及厚度與G1完全相同，以補償兩束光的光程差，稱為補償板。反射鏡M1是固定的，M2可以在精密導(dǎo)軌上前后移動，以改變兩束光之間的光程差。M1，M2的背面各有3個螺釘用來調(diào)節(jié)平面鏡的方位。M1的下方還附有2個方向相互垂直的拉簧，松緊它們，能使M1支架產(chǎn)生微小變形，以便精確地調(diào)節(jié)M1。在圖1所示的光路中，M1是M1被G1半反射膜反射所形成的虛像。對觀察者而言，兩相干光束等價于從M1和M2反射而來，邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉花紋就如同M2與M1之間的空氣膜所產(chǎn)生的干涉花紋一樣。若M1與M2平行，則可視作折射率相同、

6、厚度相同的薄膜（此時的為等厚干涉）；若M1與M2相交，則可視作折射率相同、夾角恒定的楔形薄膜。1.2 單色點光源的非定域干涉條紋如圖2所示，M2平行M1'且相距為d。點光源S發(fā)出的一束光，對M2來說，正如S處發(fā)出的光一樣，即SG=S6而對于在E處觀察的觀察者來說，由于M2的鏡面反射，S'點光源如處于S2處一樣，即S'M2=M2s2又由于半反射膜G的作用，M1的位置如處于M1'的位置一樣。同樣對E處的觀察者，點光源S如處于S1位置處。所以E處的觀察者多觀察到的干涉條紋，猶如虛光源S1'、S2發(fā)出的球面波，它們在空間處處相干，把觀察屏放在E空間不同位置處，都

7、可以見到干涉花樣，所以這一干涉是非定域干涉。如果把觀察屏放在垂直與S1'、S2連線的位置上，則可以看到一組同心圓，而圓心就是S1'、S2酌連線與屏的交點E。設(shè)在E處(ES2eL的觀察屏上，離中心E點遠處有某一點P,EP的距離為R,則兩束光的光程差為？L?L?2d2?R2?L2?R2L?d時，展開上式并略去d2/L2，則有?L?2Ld/L2?d2?2dcos?式中，?是圓形干涉條紋的傾角。所以亮紋條件為2dcos?k?(k?0,1,2,?)由上式可見，點光源非定域圓形干涉條紋有如下幾個特點： 當(dāng)d、?一定時，?角相同的所有光線的光程差相同，所以干涉情況也完全相同；對應(yīng)于同一級次，

8、形成以光軸為圓心的同心圓環(huán)。 當(dāng)d、?一定時，如?0，干涉圓環(huán)就在同心圓環(huán)中心處，其光程差?角越大，？?2d為最大值，根據(jù)明紋條件，其k也是最高級數(shù)。如？?0,則cos?ffi小，值也越小，即對應(yīng)的干涉圓環(huán)越往外，其級次k也越低。 當(dāng)k、?一定時，如果d逐漸減小，則cos?將增大，即?角逐漸減小。也篇二：邁克爾遜干涉研究性報告研究性報告：邁克爾遜干涉實驗第一作者：梁炫燁學(xué)號：14151030第二作者：劉觀發(fā)學(xué)號：14151018專業(yè)班級：北京航空航天大學(xué)141511班指導(dǎo)老師：張淼邁克爾遜干涉儀是美國物理學(xué)家邁克爾遜利用分振幅方法獲得相干光，設(shè)計的一種高精度的干涉儀，在近代物理和近代計量技術(shù)中

9、都有著重要的應(yīng)用。在本實驗中，我們熟悉了邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)并掌握了其調(diào)整方法，認識了點光源非定域干涉條紋的形成與特點，并利用干涉條紋的變化測定光源的波長，然后對其結(jié)果進行討論。關(guān)鍵詞：邁克爾遜干涉儀；干涉圖樣；條紋吞吐一、實驗原理1（1）邁克爾遜干涉儀的光路1（2）單色點光源的非定域干涉條紋1二、實驗儀器2三、主要步驟2（1）邁克爾遜干涉儀的調(diào)整2（2）點光源非定域干涉條紋的觀察和測量3四、數(shù)據(jù)記錄與處理3（1）原始數(shù)據(jù)列表表示3（2）用逐差法處理數(shù)據(jù)3（3）計算不確定度4五、誤差分析5六、討論與反思6（1）建議6（2）實驗經(jīng)驗教訓(xùn)的總結(jié)6（3）實驗后的感想、收獲、體會6參考文獻（Refer

10、ences）:7附（原始數(shù)據(jù)照片）：8一、實驗原理（1）邁克爾遜干涉儀的光路邁克爾遜干涉儀的光路如圖一所示，從光源S發(fā)出的一束光射在分束板G1上，將光束分為兩部分，一部分從G1的半反射膜處反射，射向平面鏡；另一部分從G1投射，射向平面鏡M1。因G1和全反射平面鏡M1、M2均成45°角，所以兩束光均垂直射到M1所以兩束光均垂直射到M1、M2上。從M2反射回來的光，透過半反射膜；從M2反射回來的光，為半反射膜反射。二者匯集成一束光，在E處即可觀察到干涉條紋。光路中另一平行平板G2與G1平行，其材料厚度與G1完全相同，以補償兩束光的光程差，稱為補償板。在光路中，M1'是M1被G1半

11、反射膜反射所形成的虛像，兩束相干光相當(dāng)于從M1'和M2反射而來，邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋如同M2和M1'之間的空氣膜所產(chǎn)生的干涉條紋一樣。（2）單色點光源的非定域干涉條紋M2平行M1'且相距為d,S發(fā)出的光對M2來說，如S發(fā)出的光，而對于E處的觀察者來說，S如位于S2樣。又由于半反射膜G的作用，M1如同處于S1的位置，所以E處觀察到的干涉條紋，猶如S1'、S2發(fā)出的球面波，它們在空間處處相干，把觀察屏放在E空間不同位置，都可以看到干涉花紋，因此這一干涉為非定域干涉。如果把觀察屏放在垂直于S1'、S2的位置上，則可以看到一組同心圓，而圓心就是S11S2

12、'的連線與屏的交點E設(shè)E處（ES2'=L的觀察屏上，離中心E點遠處某一點P,EP的距離為R,則兩束光的光程差為?L=?2+?2L>>d時，展開上式并略去d2/L2，則有?L=2?=2?cos?求中小是圓形干涉條紋的傾角。所以亮紋條件為2d6=k入（k=0,1,2,）由此式可知：由此式可知，當(dāng)k、小一定時，如果d逐漸減小，則cos小將增大，即小角逐漸減小。也就是說，同一k級條紋，當(dāng)d減小時，該圓環(huán)半徑減小，看到的現(xiàn)象是干涉圓環(huán)內(nèi)縮；如果d逐漸增大，同理看到的現(xiàn)象是干涉條紋外擴。對于中央條紋，若內(nèi)縮或外擴N次，則光程差變化為2Ad=NU中，Ad為d的變化量，所以有入=2

13、Ad/N二、實驗儀器邁克爾遜干涉儀、氦氖激光器、小孔、擴束鏡、毛玻璃三、主要步驟（1）邁克爾遜干涉儀的調(diào)整 調(diào)節(jié)激光器，使激光束水平地射到M1、M2反射鏡中部并垂直于儀器導(dǎo)軌。首先將M1、M2背面的三個螺釘及兩個微調(diào)拉簧均擰成半松，然后上下移動、左右旋轉(zhuǎn)激光器俯仰，使激光器入射到M1、M2反射鏡中心，并使M1、M2放射回來的光點回到激光束輸出鏡面中心。 調(diào)節(jié)M1、M2互相垂直在光源前放置一小孔，讓激光束通過小孔入射到M1、M2上，根據(jù)放射光點的位置對激光束做進一步細調(diào)，在此基礎(chǔ)上調(diào)整M1、M2背面的三個方位螺釘，使兩鏡的反射光斑均與小孔重合，這時M1于M2基本垂直。篇三：邁克爾遜干涉實驗研究性

14、報告基礎(chǔ)物理實驗研究性報告邁克爾遜干涉實驗?zāi)夸浾?關(guān)鍵字：11、 引言22、 實驗原理31、邁克爾遜干涉儀的光路32、單色點光源的非定域干涉43、 實驗儀器64、 實驗步驟71、邁克爾遜干涉儀的調(diào)整72、點光源非定域干涉條紋的觀察和測量75、 數(shù)據(jù)記錄與處理91、原始數(shù)據(jù)列表92、用逐差法計算激光波長9六、討論111、實驗現(xiàn)象及結(jié)果的分析與討論112、邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用123、對邁克爾遜干涉儀調(diào)整實驗的體會和建議12參考文獻：13摘要：本文主要利用光的分振幅法以實現(xiàn)光的干涉，同時借助邁克爾遜干涉儀對激光波長進行測量。在此基礎(chǔ)上我們對實驗誤差進行分析，限于我們的數(shù)學(xué)功底，本次的誤差分析主要

15、為定性，而非定量。同時，我們在我們對實驗理解的基礎(chǔ)上，我們還對實驗提出了一定的改進。關(guān)鍵字：邁克爾遜干涉儀、非定域干涉條紋、激光波長，實驗改進1、 引言邁克爾遜干涉儀是根據(jù)光的干涉原理制成的精密測量儀器，它可以精密地測量長度及長度的微小變化等。1881年，美國物理學(xué)家邁克爾遜利用分振幅法獲得相干光，設(shè)計了這種高精度的干涉儀。邁克爾遜和他的合作者應(yīng)用此種干涉儀進行了著名的“以太風(fēng)”實驗，否定了以太的存在，為相對論的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。此后國際上用邁克爾遜干涉儀，以光的波長為基準(zhǔn)校正了標(biāo)準(zhǔn)米尺。后人又根據(jù)這種干涉儀的基本原理研制出各種具有實用價值的干涉儀。邁克爾遜干涉儀在近代物理和近代計量技術(shù)發(fā)展中起

16、過，并且還起著重要的作用。i2、 實驗原理1、邁克爾遜干涉儀的光路邁克爾遜干涉儀的光路如圖，如圖所示。從光源S發(fā)出的一束光射在分束板G1上，將光束分為兩部分：一部分從G1透射，射向平面鏡M1。因G1和全反射平面鏡M1、M2均成45°，所以兩束光均垂直射到M1、M2上。從M2上反射回來的光，透過半反反射；從M1反射回來的光，為半反射膜反射。而這匯集成一束光，在E處即可觀察到干涉條紋。光路中另平面板G2和G1平行，其材料以及厚度與G1完全相同，以補償兩束光的光程差，稱為補償版反射鏡M1是固定的，M2可以在精密導(dǎo)軌上前后移動，以改變兩光束之間的光程差。M1、M2的背面各有3個螺釘用來調(diào)節(jié)平面鏡