邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)和使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告3551

試驗(yàn)十四邁克耳孫干預(yù)儀的調(diào)節(jié)和運(yùn)用邁克耳孫干預(yù)儀在近代物理學(xué)的成長(zhǎng)中起過(guò)主要感化.19世紀(jì)末,邁克耳孫（A.A.Michelson）與其合作者曾用此儀器進(jìn)行了“以太漂移”試驗(yàn).標(biāo)定米尺及揣摸光譜精致構(gòu)造等三項(xiàng)有名的試驗(yàn).第一項(xiàng)試驗(yàn)解決了當(dāng)時(shí)關(guān)于“以太”的爭(zhēng)辯,并為愛(ài)因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論供給了試驗(yàn)根據(jù);第二項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)度單位的尺度λ化.邁克耳孫發(fā)明鎘紅線（波長(zhǎng)）是一種幻想的單色光源.可用它的波長(zhǎng)作為米尺尺度化的基準(zhǔn).他界說(shuō)1m=1553164.13鎘紅線波長(zhǎng),精度達(dá)到10-9,這項(xiàng)工尷尬刁難近代計(jì)量技巧的成長(zhǎng)作出了主要進(jìn)獻(xiàn);邁克耳孫研討了干預(yù)條紋視見(jiàn)度隨光程差變更的紀(jì)律,并以此揣摸光譜線的精致構(gòu)造.今天,邁克耳孫干預(yù)儀耳孫干預(yù)儀的根本構(gòu)造仍然是很多現(xiàn)代干預(yù)儀的基本.【試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與請(qǐng)求】已被更完美的現(xiàn)代干預(yù)儀代替,但邁克1.進(jìn)修邁克耳孫干預(yù)儀的道理和調(diào)節(jié)辦法.2.不雅察等傾干預(yù)和等厚干預(yù)圖樣.3.用邁克耳孫干預(yù)儀測(cè)定He－Ne激光束的波長(zhǎng)和鈉光雙線波長(zhǎng)差.【試驗(yàn)儀器】

邁克耳孫干預(yù)儀,He－Ne激光束,鈉光燈,擴(kuò)束鏡,毛玻璃邁克耳孫干預(yù)儀是運(yùn)用光的干預(yù)道理,測(cè)量長(zhǎng)度或長(zhǎng)度變更sL,經(jīng)擴(kuò)束鏡將光束擴(kuò)束成一射到與光束成45?豎直的分光板個(gè)幻想的發(fā)散光束,該光束G上,的后概況鍍有鋁或銀的半反射膜,光束被半反射膜分成強(qiáng)度1大致雷同的反射光(1)和(2).這兩束光沿著不合的偏向射到兩個(gè)MM兩平面鏡反射至后會(huì)合在一路.細(xì)心調(diào)節(jié)12EG2和,就可以在處不雅察到干預(yù)條紋.為抵償板,其材料和2G以抵償光束(2)的光程,使光束(2)與光束(1)在1玻璃中走過(guò)的光程大致相等.MM邁克耳孫干預(yù)儀的構(gòu)造圖如圖7-2所示.兩平面鏡和放12M兩臂上.個(gè)中平面鏡是固的定,平面鏡可在2M1周詳?shù)膶?dǎo)軌上前后移動(dòng),以便轉(zhuǎn)變兩光束的光程差,移動(dòng)規(guī)模在MM0~100nm內(nèi).平面鏡.的面前各有三個(gè)微調(diào)螺絲(圖中的3.12),12MMM2用以轉(zhuǎn)變平面鏡.的角度.在平面鏡的下端還附有兩個(gè)互相12M垂直的拉簧螺絲10.11,可以細(xì)調(diào)平面鏡的豎直度.2M移動(dòng)平面鏡有兩種方法：一是扭轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪7可以較快地1MM移動(dòng)：二是扭轉(zhuǎn)微調(diào)鼓輪9可以微量移動(dòng)(假如邁克耳孫干11預(yù)儀有緊固螺絲8,則在遷移轉(zhuǎn)變微調(diào)鼓輪前,先要擰緊緊固螺絲8,遷移轉(zhuǎn)變粗調(diào)手輪前必須松開(kāi)緊固螺絲8,不然會(huì)破壞周詳絲M桿.若沒(méi)有緊固螺絲,直接扭轉(zhuǎn)微調(diào)鼓輪9則可微量移動(dòng)).平面1M鏡的地位讀數(shù)由三部分構(gòu)成：從導(dǎo)軌上讀出毫米以上的值;從1儀器窗口的刻度盤(pán)上讀到0.01mm;在微著手輪上最小刻度值為0.0001mm,還可估讀到0.0001mm的1/10.【試驗(yàn)道理】一.等傾干預(yù)條紋等傾干預(yù)條紋是邁克耳孫干預(yù)儀所能產(chǎn)生的一種主要的干預(yù)圖樣.

如圖7-1和圖7-3所示,MMMM,像是對(duì)半反射膜的虛象,其地位在'22M當(dāng)和垂直時(shí)121E鄰近.當(dāng)所用光源為單色擴(kuò)大光源時(shí),我們?cè)谔幉谎挪斓降母深A(yù)MM'2條紋可以看作實(shí)反射鏡和虛反射鏡所反射的光疊加而成的.1dMMθθ,為入射光束的入射角'設(shè)為.間的距離,為折射'21MMn=θ=θ.當(dāng)一束光入射到'角,因?yàn)?間是空氣層,折射率1,'21MM.鏡面而分離反射出2(1).(2)兩條光束時(shí),因?yàn)?1).(2)來(lái)自統(tǒng)1δ一光束,是相關(guān)的,兩光束的光程差為dδθ變更而當(dāng)一準(zhǔn)時(shí),光程差跟著入射角的角的各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的兩反射光線都具有雷同的光程差,如許的干預(yù),其光強(qiáng)散布由各光束的傾角決議,稱(chēng)為射時(shí),我們?cè)诩y,而干預(yù)條紋的轉(zhuǎn)變,統(tǒng)一傾等傾干預(yù)條紋.當(dāng)用單色光入毛玻璃屏上不雅察到的是一組明暗相間的齊心圓條δ=dconθ=mλ,當(dāng)一d級(jí)次以圓心為最大(因2θconθm準(zhǔn)時(shí),越小,越大,的級(jí)數(shù)也就越大).dMM'12當(dāng)減小(即向接近)時(shí),若我們跟蹤不雅察某一圈條紋,d將看到該干預(yù)環(huán)變小,向中間壓縮(因變小,對(duì)某一圈條紋dconθθdλ/2保持恒定,此時(shí)就要變小).每當(dāng)減小2,干預(yù)條MMM1紋就向中間消掉一個(gè).當(dāng)與接近時(shí),條紋變粗變疏.當(dāng)與'21Md=完整重合(即0)時(shí),視場(chǎng)亮度平均.'2Md當(dāng)持續(xù)沿原偏向進(jìn)步時(shí),逐漸由零增長(zhǎng),將看到干預(yù)條紋1dλ/一個(gè)一個(gè)地從中間冒出來(lái),每當(dāng)增長(zhǎng)2,就從中心冒出一個(gè),dd跟著的增長(zhǎng),條紋重疊成隱約一片,圖7-4暗示變更時(shí)對(duì)于干預(yù)條紋的影響.二.測(cè)量光波的波長(zhǎng)M?d在等傾干預(yù)前提下,設(shè)移動(dòng)距離,響應(yīng)冒出(或消掉)的1N圓條紋數(shù),則12(1)dN?d由上式可見(jiàn),我們從儀器上讀出,同時(shí)數(shù)出響應(yīng)冒出(或消Nλ掉)的圓條紋數(shù),就可以盤(pán)算出光波的波長(zhǎng).*三.等厚干預(yù)條紋MMMMM1若不垂直,即與不服行而有一渺小的夾角,且在'2121M'與訂交處鄰近,兩者形成劈形空氣膜層.此時(shí)將不雅察到等厚干預(yù)條紋,凡劈上厚度雷同的各點(diǎn)具有雷同的光程差,因?yàn)榕慰?MM氣層的等厚點(diǎn)的軌跡是平行于劈棱(即與的交線)的直線,所'12MM以等厚干預(yù)條紋也是平行于與的交線的明暗相間的直條紋.'12MMMMM'112當(dāng)與相距較遠(yuǎn)時(shí),甚至看不到條紋.若移動(dòng)使與的'21距離變小時(shí),開(kāi)端消失清楚地條紋,條紋又細(xì)又密,且這些條紋不是直條紋,一般是曲折的條紋,彎向厚度大的一側(cè),即條紋的中心MM'2凸向劈棱.在接近的進(jìn)程中,條紋變節(jié)交線移動(dòng),并且逐漸變1MM疏變粗,當(dāng)與訂交時(shí),消失明暗相間粗而疏的條紋.個(gè)中心幾'12條為直條紋,兩側(cè)條紋跟著離中心條紋變遠(yuǎn),而微顯曲折.MMM'12跟著持續(xù)沿著原偏向移動(dòng)時(shí),與之間的距離逐漸增大,1M條紋由粗疏逐漸變得精密,并且條紋逐漸朝相反偏向曲折.當(dāng)與1MMM的距離太大時(shí),條紋就隱約不清.圖7-5暗示與距離變更'12'2引起干預(yù)條紋的變更.四.測(cè)定鈉光雙線(DD)的波長(zhǎng)差12MM當(dāng)與相平行時(shí),得到明暗相間的圓形干預(yù)條紋.假如光'12M源是絕對(duì)單色的,則當(dāng)鏡遲緩地移動(dòng)時(shí),固然視場(chǎng)中條紋不竭涌1出或陷入,但條紋的視見(jiàn)度應(yīng)該不變.IIV設(shè)亮條紋光強(qiáng),相鄰暗條紋光強(qiáng)為,則視見(jiàn)度可暗示為12視見(jiàn)度描寫(xiě)的是條紋清楚的程度.λλ假如光源中包含有波長(zhǎng)和鄰近的兩種光波,而每一列12光波均不是絕對(duì)單色,以鈉黃光為例,它是由中間波長(zhǎng)λλ=589.6nm的雙線構(gòu)成,波長(zhǎng)差為0.6nm.每一條譜線又有必12

?λ定的寬度,如圖7-6所示,因?yàn)殡p線波長(zhǎng)差與中間波長(zhǎng)比擬甚小,故稱(chēng)之為準(zhǔn)單色光.用這種光源照明邁克耳孫干預(yù)儀,它們將各自產(chǎn)生一套干預(yù)圖,干預(yù)場(chǎng)中的強(qiáng)度散布則是兩組干預(yù)條紋的非相關(guān)疊加,因?yàn)棣甩?λλ2和有渺小的差別,對(duì)應(yīng)的亮環(huán)的地位和對(duì)應(yīng)的亮環(huán)21dd的地位,將隨的變更,而呈周期的重合和錯(cuò)開(kāi),是以變更時(shí),視場(chǎng)中所見(jiàn)疊加后的干預(yù)條紋瓜代消失“清楚”和“隱約”甚至消ddλλ掉.設(shè)在值為時(shí),和均為亮條紋,視見(jiàn)度最佳,則有1122(m.n為整數(shù))dm1dn21,22λλdd假如>,當(dāng)值增長(zhǎng)到,若知足1222(為整數(shù))K2dmKdnK0.512,22λλ2此時(shí)對(duì)是亮條紋,對(duì)則為暗條紋,視見(jiàn)度最差(可能分1M不清條紋),從視見(jiàn)度最佳到最差,移的動(dòng)距離為1K1K0.5ddKK?λ由22和1消去可得二次波長(zhǎng)差2221λλM1式中為.的平均值.因?yàn)橐曇?jiàn)度最差時(shí),的地位對(duì)稱(chēng)地1212M散布在視見(jiàn)度最佳地位的兩側(cè),所以相鄰視見(jiàn)度最差的移動(dòng)距1?d?λ離與的關(guān)系為22dd12(2)21【試驗(yàn)內(nèi)容】*必做內(nèi)容1.調(diào)節(jié)邁克耳孫干預(yù)儀,不雅察等傾干預(yù)M(1)用He-Ne激光器作光源,使入射光束大致垂直平面鏡.2在激光器前放一孔屏(或直接運(yùn)用激光束的出射孔),激光器經(jīng)孔MMM2屏射向平面鏡,遮住平面鏡,用自準(zhǔn)直法調(diào)節(jié)面前的三個(gè)微21M調(diào)螺絲(須要時(shí),可調(diào)節(jié)底角螺絲),使由反射回來(lái)的一組光點(diǎn)像2M中的最亮點(diǎn)返回激光器中,此時(shí)入射光大致垂直平面鏡.2MMMM(2)使平面鏡和大致垂直.遮住平面鏡,調(diào)節(jié)平面鏡1122M面前的三個(gè)微調(diào)螺絲,使由反射回來(lái)的一組光點(diǎn)像中的最亮點(diǎn)1MM返回激光器中,此時(shí)平面鏡和大致互相垂直.12MM(3)不雅察由平面鏡.反射在不雅察屏上的兩組光點(diǎn)像,12MM再細(xì)心微調(diào).面前的三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲,使兩組光點(diǎn)像中最亮的兩12點(diǎn)完整重合.G(4)在光源和分光板之間放一擴(kuò)束鏡,則在不雅察屏上就會(huì)1M消失干預(yù)條紋.遲緩.細(xì)心地調(diào)節(jié)平面鏡下端的兩個(gè)互相垂直的2拉簧微調(diào)螺絲,使齊心干預(yù)條紋位于不雅察屏中間.Md(1)移動(dòng)轉(zhuǎn)變,可以不雅察到視場(chǎng)中間圓條紋向外一個(gè)一1M個(gè)冒出(或向內(nèi)一個(gè)一個(gè)消掉).開(kāi)端記時(shí)數(shù),記載鏡的地位讀數(shù)1d.1

M(2)數(shù)到圓條紋從中間向外冒出100個(gè)時(shí),再記載鏡的地位1d讀數(shù).2λ(3)運(yùn)用式(1),盤(pán)算He-Ne激光束的波長(zhǎng).(4)反復(fù)上述步調(diào)三次,盤(pán)算出波長(zhǎng)的平均值.最后與公認(rèn)λB值=632.8nm比較,盤(pán)算百分誤差.0【試驗(yàn)數(shù)據(jù)記載】表1測(cè)量He-Ne激光束的波長(zhǎng)N100d/mmddd/mm221/nmd/mm1次數(shù)N平均值1234560.034000.031360.031630.030770.030710.03103100100100100100100680.0627.2632.6615.4614.2620.6631.7表2測(cè)量鈉光雙線(DD)的波長(zhǎng)差N1112序號(hào)d/mm012341序號(hào)d/mm11121314152【數(shù)據(jù)處理與剖析】1.盤(pán)算He-Ne激光的波長(zhǎng)的平均值及其不肯定度,寫(xiě)出測(cè)量成果;與公認(rèn)值632.8nm比較,盤(pán)算百分誤差.B0d/mmddd/mm221/nmd/mm1次數(shù)N平均值1234560.034000.031360.031630.030770.030710.03103100100100100100100680.0627.2632.6615.4614.2620.6631.7則631.7nmU1U根據(jù)：50d由格羅布斯判據(jù)ddGSd0.02934mmGS0.03383mm;knkn則剔除壞數(shù)據(jù)第一組數(shù)據(jù)之后盤(pán)算：0.95S0.00041mmt則A類(lèi)不肯定度：(d)Anins0.00006mmB類(lèi)不肯定度：3BUAB0.00042mm則不肯定度：22U1U8.3nm則50d結(jié)論：U622.08.3nm與公認(rèn)值632.8nm比較,盤(pán)算百分誤差0B0100%1.7%B0盤(pán)算鈉光雙線(DD)波長(zhǎng)差的平均值及其不肯定度,寫(xiě)出測(cè)量成122.?λ果;與公認(rèn)值=0.6nm比較,盤(pán)算百分誤差序號(hào)d/mm012341平均值序號(hào)d/mm11121314152/nm0.580.300.600.290.600.290.600.290.600.290.590.29d/mm所以：則0.003mmSd由格羅布斯判據(jù)ddGSd0.2