迈克耳孙干涉仪光路测定空气折射率实验的探讨

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1、迈克耳逊干涉仪测定空气折射率实验的探讨王塑重庆交通大学土木建筑学院08级茅以升道路1班摘要：针对迈克耳逊干涉仪在实验中的调整困难，提出在光学平台上组装迈克耳逊干涉仪测定空气折射率实验装置的改进措施，分析实验装置改进后的特点,对比两种测量方法的优劣。关键词：迈克耳逊干涉仪；改进；折射率；测量方法AdiscussionontheexperimentofmeasuringtherefractiveindexofatmospherewithMichelsoninterferometerWangkunSchoolofCivilEngineeringandArchitecture,Chongqin

2、gCommunicationUniversity,Chongqing400074Abstract:TheimprovementisbroughtforwardtoresolvethedifficultyofadjustingMichelsoninterferometerinexperiments.ThemethodisthatMichelsoninterferometerisputtogetherontheopticalplatformtomeasuretheatmosphererefractiveindex.Comparingthedifferencebetweenthemeasur

3、ementsofacceptingtheimprovementornot,thecharacteristicofthemethodisanalyzedandtheeffectisobviously.Keyword:Michelsoninterferometer;improvement;refractiveindex;measurements迈克耳逊于1881年为研究光速问题而发明的迈克耳逊干涉仪是一种典型的分振幅干涉仪，它结构简单，光路设计十分巧妙，其主要特点是产生相干光束的两臂分得很开，这样便于在光路中安置被测量的样品或其他器件，通过干涉条纹的变化來测量两束相干光的微小光程变化，在科

4、研、生产和教学屮有着极为广泛的应用。利用迈克耳逊干涉仪测量空气折射率是我校为学生开设的综合设计性实验项目之一，也是一个难度较大的学生实验。我们在光学平台上组装迈克耳逊干涉仪光路进行测量，然而仪器调整较困难，主要表现在由于分光平行平面玻璃板的两个表面的多次反射而产生的杂散光斑对仪器调整带来干扰，另外干涉条纹移动的条数N不能准确判定，给实验带來较大误差。经过兰老师的启发和指导，我对仪器进行了改进，对两种常用的测量方法进行比较，得出一种利用激光干涉较精确测量空气折射率的方法。1实验装置的改进读数显微镜A平面反射镜MiI图1在光学平台上自组装迈克耳逊干涉仪测量空气折射率改进后的光路如图1所示，

5、He-Ne激光器发出波长A=632.8nm的激光经焦距不同的凸透镜厶和厶?扩束后，打在分光棱镜G上。分光棱镜G是由两块材料和大小完全相同的肓角等边棱镜粘合而形成，斜面为粘合面，上面镀有半反半透膜，起到分光的作用。它与传统的平行平面分光板相比，采用立方形的分光棱镜取而代Z,而且无需补偿板，分光棱镜上的半反半透膜与原来平行平面分光板的半反半透膜的位置相同，光路原理跟原来的干涉仪相同。当激光束以与分光棱镜G上的半反半透膜成45°方向入射时，半反半透膜将1束入射光分为相互垂直的反射光(1)和透射光(2),它们分别垂直入射到平面反射镜和Al?上，经反射后这两束光在半反半透膜处重新汇聚。此时，反射

6、光(1)两次经过0A,而透射光(2)两次经过0B。由于0A二0B,所以，光束(1)和(2)在分光棱镜中经过的光程相同。无论入射光束是否在入射面的中心，由于立方形棱镜的对称性，都会保证两束光在分光棱镜G中的光程相等，再加上采用相干长度较大的激光光源，所以无需补偿板。平面反射镜和A/?的位置可以通过底座螺旋微调改变，从而改变光路(1)和光路(2)的光程差。光路(1)和光路(2)最后会聚形成干涉条纹，经读数显微镜放大后观察和测量。传统的迈克耳逊干涉仪是用毛玻璃屏或白屏直接接收干涉图样，这样对记录条纹移动比较困难。通常的做法是眼睛盯着等倾干涉图样(明暗相间的同心圆环)圆心不动，明暗交替变化1次

7、数1,这样很容易数错。改用读数显微镜放大，并且测量等厚干涉条纹(明暗相间等间距的平行直条纹)的移动，这样就方便记录条纹的移动数目，当条纹移动不足1条时还可以估读出小数位。2实验装置对杂散光斑的消除传统的迈克耳逊干涉仪在调整过程中会岀现杂散光斑，在接收屏幕上往往看到两组光斑，如图2所示。这是由于平行平面分光板的两个表面都存在反射造成的，如果平面反射镜冋和M2与入射光不严格垂直，其正面和底面的反射会造成更多的杂散光斑，给光路调节带來困难。采用分光棱