迈克尔逊研究性实验报告

《迈克尔逊研究性实验报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、迈克尔逊干涉仪实验报告摘要：迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊根据光分振幅干涉原理制成13/13的精密测量仪器，迈克尔逊仪可以精密测量查长度及长度的微小变化，迈克尔逊和他的合作者利用这种干涉仪用它进行了许多著名实验，后人又根据这种干涉仪的基本原理研制出许多具有实用价值的干涉仪，迈克尔逊干涉仪在近代物理和近代计量技术发展中起着重要作用。关键词：干涉仪分振幅精密测量13/13目录1实验原理41.1迈克尔逊干涉仪的光路41.2单色电光源的非定域干涉条纹41.3迈克尔逊干涉仪的机械结构62实验仪器73实验主要步骤73.1迈克尔逊干涉仪的调整73

2、.2点光源非定域干涉条纹的观察和测量84实验数据处理84.1实验数据记录84.2用逐差法处理数据84.3计算不确定度95误差分析106实验操作总结116.1调整实验仪器116.2判断及调整条纹116.3计数及记录117实验改进建议117.1对计数器的改进117.2对实验仪器的改进127.3对激光器的改进128实验感想12图片1213/13正文1实验原理1.1迈克尔逊干涉仪的光路图1迈克尔逊干涉仪的光路如图1所示，从光源S发出的一束光射在分束板G1上，将光束分为两部分：一部分从G1的半反射膜处反射，射向平面镜M2；另一部分从G1

3、透射，射向平面镜M1。因G1和全反射平面镜M1、M2均成45°角，所以两束光均垂直射到M1、M2上。从M2反射回来的光，透过半反射膜；从M1反射回来的光，为半反射膜反射。二者汇集成一束光，在E处即可观察到干涉条纹。光路中另一平行平板G2与G1平行，其材料及厚度与G1完全相同，以补偿两束光的光程差，称为补偿板。反射镜M1是固定的，M2可以在精密导轨上前后移动，以改变两束光之间的光程差。M1，M2的背面各有3个螺钉用来调节平面镜的方位。M1的下方还附有2个方向相互垂直的拉簧，松紧它们，能使M1支架产生微小变形，以便精确地调节M1。

4、在图1所示的光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像。对观察者而言，两相干光束等价于从M1’和M2反射而来，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同M2与M1’之间的空气膜所产生的干涉花纹一样。若M1’与M2平行，则可视作折射率相同、厚度相同的薄膜（此时的为等厚干涉）；若M1’与M2相交，则可视作折射率相同、夹角恒定的楔形薄膜。1.2单色电光源的非定域干涉条纹如图2所示，M2平行M1’且相距为d。点光源S发出的一束光，对M2来说，正如S’处发出的光一样，即SG=S’G；而对于在E处观察的观察者来说，由于M2的镜面反射，S

5、’点光源如处于S2’处一样，即S’M2=M2S2’。又由于半反射膜G的作用，M1的位置如处于M1’的位置一样。同样对E处的观察者，点光源S如处于S1’位置处。所以E处的观察者多观察到的干涉条纹，犹如虚光源S1’、S2’发出的球面波，它们在空间处处相干，把观察屏放在E空间不同位置处，都可以见到干涉花样，所以这一干涉是非定域干涉。如果把观察屏放在垂直与S1’、S2’连线的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是S1’、S2’的连线与屏的交点E。设在E处（ES2’=L）的观察屏上，离中心E点远处有某一点P，EP的距离为R，则两束光的

6、光程差为13/13时，展开上式并略去，则有式中，是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为图2由上式可见，点光源非定域圆形干涉条纹有如下几个特点：①当、一定时，角相同的所有光线的光程差相同，所以干涉情况也完全相同；对应于同一级次，形成以光轴为圆心的同心圆环。②当、一定时，如，干涉圆环就在同心圆环中心处，其光程差为最大值，根据明纹条件，其也是最高级数。如，角越大，则越小，值也越小，即对应的干涉圆环越往外，其级次也越低。③当、一定时，如果逐渐减小，则将增大，即角逐渐减小。也就是说，同一级条纹，当减小时，该级圆环半径减小，看到的现象是干涉

7、圆环内缩（吞）；如果逐渐增大，同理，看到的现象是干涉圆环外扩（吐）。对于中央条纹，若内缩或外扩次，则光程差变化为。式中,为的变化量，所以有④设时最高级次为，则同时在能观察到干涉条纹的视场内，最外层的干涉圆环所对应的相干光的入射角为，则最低的级次为，且13/13所以在视场内看到的干涉条纹总数为当增加时，由于一定，所以条纹总数增多，条纹变密。⑤当时，则,即整个干涉场内无干涉条纹，见到的是一片明暗程度相同的视场。⑥当、一定时，相邻两级条纹有下列关系设，,且考虑到、均很小，则可证得式中，称为角距离，表示相邻两圆环对应的入射光的倾角差，

8、反映圆环条纹之间的疏密程度。上式表明与成反比关系，即环条纹越往外，条纹件角距离就越小，条纹越密。1.3迈克尔逊干涉仪的机械结构仪器的外形如图3所示，其机械结构如图4所示。导轨7固定在一个稳定的底座上，由3只调平螺丝9支承，调平后可以拧紧固定圈10以保持座架稳定。丝杠6螺距为1