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时间:2018-11-22
《迈克尔逊干涉仪的使用实验报告》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、学生物理实验报告实验名称迈克尔逊干涉仪的使用学院专业班级报告人学号同组人学号同组人学号同组人学号理论课任课教师实验课指导教师实验日期报告日期实验成绩批改日期实验目的(1)了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握其调节方法(1)观察等倾干涉、等候干涉的条纹,并能区别定域干涉和非定域干涉(2)测定He-Ne激光的波长(3)观察白光干涉条纹和测定钠光波长及相干长度实验仪器迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器。实验原理1.迈克尔逊干涉仪图1是迈克尔逊干涉仪实物图。图2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图,图中M1和M2是在相
2、互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜,其中M1是固定的;M2由精密丝杆控制,可沿臂轴前、后移动,移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。在两臂轴线相交处,有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G1,它的第二个平面上镀有半透(半反射)的银膜,以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵,故G1又称为分光板。G2也是平行平面玻璃板,与G1平行放置,厚度和折射率均与G1相同。由于它补偿了光线⑴和⑵因穿越G1次数不同而产生的光程差,故称为补偿板。从扩展光源S射来的光在G1处分成两部分
3、,反射光⑴经G1反射后向着M2前进,透射光⑵透过G1向着M1前进,这两束光分别在M2、M1上反射后逆着各自的入射方向返回,最后都达到E处。因为这两束光是相干光,因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。由M1反射回来的光波在分光板G1的第二面上反射时,如同平面镜反射一样,使M1在M2附近形成M1的虚像M1′,因而光在迈克尔逊干涉仪中自M2和M1的反射相当于自M2和M1′的反射。由此可见,在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。当M2和M1′平行时(此时M1和M2严格互相垂直),
4、将观察到环形的等倾干涉条纹。一般情况下,M1和M2形成一空气劈尖,因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。 2.单色光波长的测定用波长为λ的单色光照明时,迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差,而由M2和M1反射的两列相干光波的光程差为Δ=2dcosi (1)其中i为反射光⑴在平面镜M2上的入射角。对于第k条纹,则有2dcosik=kλ
5、 (2)当M2和M1′的间距d逐渐增大时,对任一级干涉条纹,例如k级,必定是以减少cosik的值来满足式(2)的,故该干涉条纹间距向ik变大(cosik值变小)的方向移动,即向外扩展。这时,观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”,且每当间距d增加λ/2时,就有一个条纹涌出。反之,当间距由大逐渐变小时,最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心,且每陷入一个条纹,间距的改变亦为λ/2。因此,当M2镜移动时,若有N个条纹陷入中心,则表明M2相对于M1移近了Δd=N
6、 (3)反之,若有N个条纹从中心涌出来时,则表明M2相对于M1移远了同样的距离。如果精确地测出M2移动的距离Δd,则可由式(3)计算出入射光波的波长。3.测量钠光的双线波长差Δλ钠光2条强谱线的波长分别为λ1=589.0nm和λ2=589.6nm,移动M2,当光程差满足两列光波⑴和⑵的光程差恰为λ1的整数倍,而同时又为λ2的半整数倍,即Δk1λ1=(k2+)λ2这时λ1光波生成亮环的地方,恰好是λ2光波生成暗环的地方。如果两列光波的强度相
7、等,则在此处干涉条纹的视见度应为零(即条纹消失)。那么干涉场中相邻的2次视见度为零时,光程差的变化应为ΔL=kλ1=(k+1)λ2 (k为一较大整数)由此得λ1-λ2==于是Δλ=λ1-λ2==式中λ为λ1、λ2的平均波长。对于视场中心来说,设M2镜在相继2次视见度为零时移动距离为Δd,则光程差的变化ΔL应等于2Δd,所以Δλ= (4)对钠光=589.3nm,如果测出在相继2次视见度最小时,M2镜移动的距离Δd,就可以由式(4)求得钠光D双线的波长差。4.点光源的非
8、定域干涉现象激光器发出的光,经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源,经G1(G1未画)、M1、M2′的反射,也等效于沿轴向分布的2个虚光源S1′、S2′所产生的干涉。因S1′、S2′发出的球面波在相遇空间处处相干,所以观察屏E放在不同位置上,则可看到不同形状的干涉条纹,故称为非定域干涉。当E垂直于轴线时(见图3),调整M1和M2的方位也可观察到等倾、等厚干涉条纹,其干涉条纹的形成和特点与用钠光照明情况相同,此处不再赘述。实验步骤1.观察扩展光源的等倾干涉条纹并测波长①点燃钠光灯,使之与分光板G
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