邁克爾遜干涉儀

1、大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告邁克爾遜干涉儀一、試驗(yàn)?zāi)康?.了解邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)和原理，掌握調(diào)節(jié)方法；2.利用點(diǎn)光源產(chǎn)生的同心圓干涉條紋測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。二、儀器及用具（名稱、型號(hào)及主要參數(shù)）邁克爾遜干涉儀，He-Ne激光器，透鏡等三、實(shí)驗(yàn)原理邁克爾遜干涉儀原理如圖所示。兩平面反射鏡M1、M2、光源 S和觀察點(diǎn)E（或接收屏）四者北東西南各據(jù)一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿導(dǎo)軌做精密移動(dòng)。G1和G2是兩塊材料相同薄厚均勻相等的平行玻璃片。G1的一個(gè)表面上鍍有半透明的薄銀層或鋁層，形成半反半透膜，可使入射光分成強(qiáng)度基本相等的兩束光，稱G1為分光板。G2與G1平行，以保證兩束光在玻璃中所走

2、的光程完全相等且與入射光的波長(zhǎng)無關(guān)，保證儀器能夠觀察單、復(fù)色光的干涉?？梢奊2作為補(bǔ)償光程用，故稱之為補(bǔ)償板。G1、G2與平面鏡M1、M2傾斜成45°角。 如上圖所示一束光入射到G1上，被G1分為反射光和透射光，這兩束光分別經(jīng)M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分別被透射和反射，于E處相遇后成為相干光，可以產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。圖中M´2是平面鏡M2由半反膜形成的虛像。觀察者從E處去看，經(jīng)M2反射的光好像是從M´2來的。因此干涉儀所產(chǎn)生的干涉和由平面M1與M´2之間的空氣薄膜所產(chǎn)生的干涉是完全一樣的，在討論干涉條紋的形成時(shí)，只需考察M1和M2兩個(gè)面所形成

3、的空氣薄膜即可。兩面相互平行可到面光源在無窮遠(yuǎn)處產(chǎn)生的等傾干涉，兩面有小的夾角可得到面光源在空氣膜近處形成的等厚干涉。若光源是點(diǎn)光源，則上述兩種情況均可在空間形成非定域干涉。設(shè)M1和M´2之間的距離為d，則它們所形成的空氣薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1與M´2平行，則各處d相同，可得等傾干涉。系統(tǒng)具有軸對(duì)稱不變性，故屏E上的干涉條紋應(yīng)為一組同心圓環(huán)，圓心處對(duì)應(yīng)的光程差最大且等于2d,d越大圓環(huán)越密。反之中心圓斑變大圓環(huán)變疏。若d增加 則中心“冒出”一個(gè)條紋，反之d減小 則中心“縮進(jìn)”一個(gè)條紋。故干涉條紋在中心處“冒出”或“縮進(jìn)”的個(gè)數(shù)N與d的變化量d之間有下

4、列關(guān)系即 =2dN根據(jù)該關(guān)系式就可測(cè)量光波波長(zhǎng)或長(zhǎng)度d。 四、實(shí)驗(yàn)步驟及操作1. 單擊登陸進(jìn)入實(shí)驗(yàn)大廳2. 選擇光學(xué)學(xué)實(shí)驗(yàn)單擊3. 雙擊邁克爾遜干涉儀進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面4. 在實(shí)驗(yàn)界面單擊右鍵選擇“開始實(shí)驗(yàn)”5. 調(diào)節(jié)儀器：右擊打開光源左鍵托小孔光欄至邁克爾遜干涉儀與激光器之間右擊選調(diào)節(jié)光欄或凸透鏡高度不斷單擊左右鍵調(diào)節(jié)小孔光欄高度直至出現(xiàn)5個(gè)紅點(diǎn)右鍵選調(diào)節(jié)M2鏡上的螺釘左右鍵旋轉(zhuǎn)史下方兩個(gè)紅點(diǎn)與上方紅點(diǎn)重合并出現(xiàn)粉紅色光環(huán)關(guān)閉M2上螺釘窗口右鍵選光欄或凸透鏡歸位左鍵托光欄回原位左鍵托凸透鏡至邁克爾遜干涉儀與激光器之間右鍵選調(diào)節(jié)光欄或凸透鏡高度至出現(xiàn)深紅色光環(huán)右擊選測(cè)He-Ne激光的波長(zhǎng)右擊選導(dǎo)軌側(cè)

5、面毫米刻度尺左擊顯示讀數(shù)窗口右擊顯示微動(dòng)手輪 (抓圖1)6.測(cè)量：由測(cè)量波長(zhǎng)關(guān)系式可知，是以定值，平移M1來改變d，觀察等傾圓環(huán)條紋的變化規(guī)律并記錄。每“冒出”或“縮進(jìn)”50個(gè)圓環(huán)（中央亮斑最大）記錄一次M1鏡的位置，連續(xù)9次，用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（抓圖2）五 數(shù)據(jù)記錄及處理1. 數(shù)據(jù)列表表1 平面鏡M1位置變化測(cè)量 條紋的吞吐數(shù)N1050100150200di/mm48.4940548.4781448.4628348.4470048.43115條紋的吞吐數(shù)N2250300350400450di+5/mm48.4153248.3995548.3834048.3675548.35172N=N2

6、-N1250250250250250di=di+5-di5/mm-0.07873-0.07859-0.07943-0.07945-0.07943（di）=di -d/mm0.000400.00054-0.00030-0.00032-0.00030 =2diN/m6.33×10-7N=2502. 數(shù)據(jù)處理由上表知d=-0.07913mm計(jì)算平均值= 2diN = 2×0.07913250 ×106 =633.0nm 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值 0= 632.8nm 百分相對(duì)誤差E=|-0|0×100%=|633.04-632.8|632.8×100%=0.0379%六、回答預(yù)習(xí)思考題1 測(cè)He-Ne激光波長(zhǎng)時(shí)，要求n盡可能大，這是為什么？對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)采用什么方法進(jìn)行處理？答：n越大所測(cè)得的波長(zhǎng)的精確度就越高。對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的的數(shù)據(jù)采用逐差法進(jìn)行處理。2 從實(shí)驗(yàn)原理圖1中看，如果把干涉儀中的補(bǔ)償板B去掉，會(huì)影響到哪些測(cè)量？哪些測(cè)量不受影響？答：補(bǔ)償板有兩個(gè)作用，其一是補(bǔ)償光程，其二是消色差。且最主要作