迈克尔逊干涉仪实验报告

《迈克尔逊干涉仪实验报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。关键词：迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率；一、引言【实验背景】迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔

2、逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹，主要用于长度和折射率的测量。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具；它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。【实验目的】1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉

3、仪的工作原理和调节方法；2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律；3．测量空气的折射率。【实验原理】（一）迈克尔逊干涉仪、是一对平面反射镜，、是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，称为分光板，在其表面镀有半反射半透射膜，称为补偿片，与平行。当光照到上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到，经反射后，透过，在的半透膜上反射到达；反射光2射到，经反射后，透过射向。两束光在玻璃中的光程相等。当观察者从处向看去时，除直接看到外还可以看到的像。于是1、2两束光如同从与反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和～间形成的空气薄膜的干

4、涉等效。（二）干涉条纹1.等倾干涉调节和,使与严格平行。对于入射角为的光线，与反射光的光程差为：为和的间距。由上式，可以得到产生明暗条纹的条件其中，为整数。变化过程中缩进或冒出的条纹数可以定量表示为：其中为缩进或冒出的条纹数，为距离的改变量。2.等厚干涉当与有一定的交角时，两镜所在的平面之间会有一个交线。考虑与与交线距离为处以角入射的光束，该光束经过两镜片反射产生的光程差为若、与都很小，以致时，光程公式可以近似为，此时将产生等厚干涉条纹。（三）利用干涉条纹测量空气折射率用激光器做光源，将内壁长为l的小气室置于迈克尔逊干涉仪光路中，固定在反

5、射镜前。调节干涉仪，获得适量等倾干涉条纹之后，向气室里充气，再稍微松开阀门，以较低的速率放气的同时，计数干涉环的变化数，以及相应的气压变化值，可得气压为时的空气折射率为【实验仪器】本实验是在光学面包板上完成的。主要部件包括分光板、两个反射镜M1、M2。其中M1为动镜，装在一个位移台上，两个聚焦透镜，一个用作扩束镜，一个用于放大激光的干涉条纹以便于观察。光源包括半导体激光器（波长635nm）与钠光灯两种。在装有动镜的位移台上，还固定有两块一面镀膜的玻璃板，这是用作法布里-珀罗干涉仪的主要部件。分光板、聚焦透镜等可以通过支持棒和底座安装光学面

6、包板上，也可以通过叉式压板固定在光学面包板上。激光形成的干涉条纹可以通过接收屏观测。另备有气室及气压计，用于测定空气折射率。二、实验过程【实验内容】1．干涉条纹的观察使用氦氖激光器作为光源，按要求安装仪器。将分光板、固定镜、动镜以及接收屏安装在光学面包板上，可先不安装聚焦透镜。注意安装时初步估算光程，使两束光的光程大致相等，调节各镜片等高共轴。各部分安装好后，通过各个镜片的小螺丝进行微调，要求激光发出的光束与动镜垂直，与分光板成45°角，经过分光板反射的光与固定镜垂直。安置好仪器，调节后角度后两束光在屏上的光点应该重合，这时，在激光器前面

7、加上聚焦透镜即可在屏上看到干涉条纹。仔细调节平面镜，逐步把干涉环的圆心调到视场中央，即可获得等倾干涉条纹图样。转动测微螺旋改变两个平面镜之间的位置，观察并记录条纹的变化情况。转动测微螺旋，使动镜向条纹逐一消失与环心的方向移动，直到视场内条纹极少时，仔细调节平面镜，使其少许倾斜，转动测微螺旋，是弯曲条纹向圆心方向移动，可见陆续出现一些直条纹，即等厚干涉条纹。转动测微螺旋改变两个平面镜之间的相对位置，观察并记录条纹的变化情况。2．测量激光的波长取等倾干涉条纹的清晰位置，记下测微螺旋读数，沿此前方向转动测微螺旋，同时默数冒出或消失的条纹，每50

8、环记一次读数，直测到第250环为止，用逐差法计算出Δd。由下式计算激光的波长，并与理论值比较：注意：测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。即d应为测微螺旋移动距离乘以0.1。