大學物理實驗報告之邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用

邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用實驗目的了解邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)原理并掌握調(diào)節(jié)方法。觀察等厚干涉、等傾干涉以及白光干涉。測量鈉雙線的波長差。儀器用品邁克爾遜干涉儀，He-Ne多光束光纖激光器。實驗原理邁克爾遜干涉儀：邁克耳孫干涉儀是一個分振幅法的雙光束干涉儀，其光路如圖所示，它由反射鏡M1、M2、分束鏡P1和補償板P2組成。其中M1是一個固定反射鏡，反射鏡M2可以沿光軸前后移動，它們分別放置在兩個相互垂直臂中；分束鏡和補償板與兩個反射鏡均成45°,且相互平行；分束鏡P1的一個面鍍有半透半反膜，它能將入射光等強度地分為兩束；補償板是一個與分束鏡厚度和折射率完全相同的玻璃板。邁克耳孫干涉儀的結(jié)構(gòu)如圖所示。鏡M1、M2的背面各有三個螺絲，調(diào)節(jié)M1、乂2鏡面的傾斜度，M1的下端還附有兩個

互相垂直的微動拉簧螺絲，用以精確地調(diào)整吃的傾斜度。鏡所在的導軌拖板由精密絲杠帶動，可沿導軌前后移動。鏡的位置由三個讀數(shù)尺所讀出的數(shù)值的和來確定：主尺、粗調(diào)手輪和微調(diào)手輪。1^14-5-21^14-5-2辿山」|問，「汕但】一■￥毗打；3一發(fā)陰/一機械二血科/好赭也行二軌m，制版時小史丁河用加利h內(nèi)匯n加泣%*；/jf.iiic,jo 'r.；11ftlllhj iJ-謖定址堂；13TMEf-粕；H—觀第IH IM,的木/折設螳好：曲就利F'ttilT—Mh峋腎口府疆螺運如圖所示,多光束激光器提供的每條光纖的輸出端是一個短焦距凸透鏡，經(jīng)其會聚后的激光束，可以認為是一個很好的點光源S發(fā)出的球面光波。S;為S經(jīng)4及］反射后所成的像，S;為S經(jīng)］及凡反射后所成的像。S;和S;為兩相干光源，發(fā)出的球面波在其相遇的空間處處相干,為非定域干涉，在相遇處都能產(chǎn)生干涉條紋?？臻g任一點P的干涉明暗由S;和S;到該點的光程差△二rjL決定,其中1和、分別為S/和S;到P點的光程。P點的光強分布的極大和極小的條件是A=kX(k=0,1,2,…)亮條紋A=(2k+1)X(k=1,2,…)暗條紋He-Ne激光波長的測定：p；當凡與凡平行時，將觀察屏放在與S;S;連線相垂直的位置上，可看到一組同心干涉圓條紋，如圖所示。H 設％與間距離為d,貝lj和S;距離為2d,和S;在I 屏上任一點P的光程差為△二2dcos4,力為S：射到P點\ 的光線與凡法線的夾角。| 當改變d,光程差也相應發(fā)生改變,這時在干涉條紋中心\會出現(xiàn)“冒出”和“縮進”的現(xiàn)象。當d增加入/2,相應產(chǎn)檢封產(chǎn) 的光程差增加入，在中心的條紋干涉級次由k變?yōu)閗+1,這樣就會“冒出”一個條紋;當d減少人/2,相應的的光程差減少入，在中心的條紋干涉級次由k變?yōu)閗-1,這樣就會“縮進”一個條紋。因此，根據(jù)“冒出”或“縮進”條紋的個數(shù)可以確定d的改變量，它可以用來進行長度測量，其精度是光波長量級。當“冒出”或“縮進”了N個條紋，d的改變量5d為5d二N4。2四、實驗內(nèi)容調(diào)節(jié)干涉儀，觀察非定域干涉（1）水平調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)干涉儀底腳螺絲，使儀器導軌平面水平，然后用鎖緊圈鎖住。（2）等臂調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪移動M2鏡，讓M1、M2鏡與分光板G1大致等距離。（3）最亮點重合。打開激光開關(guān)，檢查激光輸出嘴的位置和方向，讓光束垂直射向乂1的中心部位。將觀察屏轉(zhuǎn)向一側(cè)并固定，戴上墨鏡，直接觀察M2鏡，視野中呈現(xiàn)兩排分別由M1、M2反射回來的亮點，找準每排亮點中最亮的那個點，分別調(diào)節(jié)M1和M2兩個反射鏡背后的調(diào)節(jié)螺絲(先調(diào)M1,再調(diào)M2),使兩排亮點中最亮的光點嚴格重合，此時說明M1已垂直于M2。注意調(diào)節(jié)時調(diào)節(jié)螺絲的松緊要均衡，防止損壞調(diào)節(jié)螺絲。(4)條紋移到屏中央。將觀察屏轉(zhuǎn)回原位置，若上一步中的最亮點已經(jīng)嚴格重合，則觀察屏上可以觀察到圓形干涉條紋，若沒有條紋，可能是亮點沒嚴格重合，或者條紋在屏幕邊緣。調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪使條紋大小、粗細適中，再輕微調(diào)節(jié)M1鏡上的水平或豎直拉簧螺絲，使圓形條紋的中心位于屏中央。(5)觀察非定域干涉。前后左右移動屏的位置和角度，發(fā)現(xiàn)干涉條紋的大小或形狀發(fā)生變化，證明非定義域干涉是空間處處相干的。(6)條紋特征與d的關(guān)系。調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪前后移動M2,觀察條紋的“冒出”或“縮進”現(xiàn)象，判斷M1’與M2’之間的距離d是變大還是變小，并觀察條紋的粗細、疏密和d之間的關(guān)系。測量激光波長

（1）儀器調(diào)零。因為旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪時，粗調(diào)手輪隨之變化，而旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪時微調(diào)手輪并不隨之變化，所以測量前必須調(diào)零。方法如下：沿某方向（例如順時針）將微調(diào)手輪調(diào)到零并記住旋轉(zhuǎn)方向（為避免空程差，后面的測量都要沿此方向），沿同一方向旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪使之對準某一刻度，注意此后粗調(diào)手輪不要再動。測量過程中若需要反方向旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪，則一定要重新調(diào)零。（2）測量并計算波長。沿剛才的方向旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪，條紋每冒出或縮進50個記錄相應的M的位置，連續(xù)2記錄6次以上，數(shù)據(jù)記錄在表中，用最小二乘法計算激光的波長。數(shù)據(jù)處理則量:融猶涯長數(shù)踞記錄可移動械位置則量:融猶涯長數(shù)踞記錄可移動械位置Weeid/rnn■VnE54.17022//54.152770.01745&9S5^1366Q.O1&17B4B.B54.11722Q.CU93B775.2M.101220.0166400.01&696279平均值為44/5=（698+646.8+775.2+640+627.8）/5=677.56（nm）故本次實驗測得氦氖激光的波長為677.56nm標準偏差與二5一42/九（九一1）=49.63% 1=1X]不確定度為HAx二%二%MSjSg*1.14=1.14*49.63=56.58考查題根據(jù)邁克耳孫干涉儀的光路,說明各光學元件的作用。在邁克耳孫干涉儀上看到的等傾圓條紋與牛頓環(huán)實驗中的干涉圓條紋有哪些區(qū)別？實驗中如何避免回空差？在觀察非定域干涉時,為什么當d足夠大時,屏上看不到干涉條紋了？思考題在實驗中有時會觀察到橢圓或者馬鞍型的條紋,思考成因。隨著M2的移動，反射和透射光的光程相對大小發(fā)生了變化，橢圓干涉長短軸變化，在吞吐轉(zhuǎn)變時，會出現(xiàn)馬鞍型條紋。改用白