迈克尔逊干涉仪实验报告.doc

迈克尔逊干涉仪实验报告.doc

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1、迈克耳逊干涉仪一.实验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理,掌握调节方法;2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。二.实验仪器迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。三.实验原理迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源S和观察点E(或接收屏)四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直,M2是固定的,M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层,形成半反半透膜,可使入射光分成强度基本相等的两束光,称G1为分光板。G2与G1平行,以保

2、证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关,保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用,故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。如上图所示一束光入射到G1上,被G1分为反射光和透射光,这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回,在分化板后表面分别被透射和反射,于E处相遇后成为相干光,可以产生干涉现象。图中M´2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看,经M2反射的光好像是从M´2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M´2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全

3、一样的,在讨论干涉条纹的形成时,只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉,两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源,则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M´2之间的距离为d,则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示若M1与M´2平行,则各处d相同,可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性,故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环,圆心处对应的光程差最大且等于2d,d越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d增加则中

4、心“冒出”一个条纹,反之d减小则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。钠黄双线的精细结构测量原理简介:干涉条纹可见度定义为:当,时V=1,此时干涉条纹最清晰,可见度最大;时V=0,可见度最小。从一视见度最低的位置开始算起,测量一次视见度最低处的位置,者其间的光程差为,且由关系算出谱线的精细结构。一.实验结果计与分析钠光的平均波长次数初读数d1(mm)末读数d2(mm)△d=

5、d1-d2

6、(mm)(nm)·(nm)

7、137.7247937.754420.02963592.6592.6其中λ=2*Δd/100,根据λ0=589.3nm;·=592.6nmE=0.6%钠光的精细结构:视见度最低的位置d1=37.98753d2=38.29872N(mm)(nm)(nm)d2-d10.311190.55670.5567得=0.5567nmE=0.5%误差分析及总结:由于本实验属于较为精细的光学实验,目测读数时的误差在所难免,所以使得实验结果不准确,应注意保护眼睛,边读书边休息,小组内交替读数。并且仪器未调好也会造成较大误差。一.思

8、考题1、在观察等倾条纹干涉时,条纹从中心“冒出”说明兼具是变大了还是变小了?条纹“缩进”又如何?调节等倾条纹时,若眼睛有左向右平移看条纹“冒出”,有右向左看是“缩进”,此时位置成什么关系?答:“冒出”时间距变大,“缩进”时间距变小。说明M1和M2`不平行且右边间距大。亮纹的条件:2necosγ+λ/2=kλ干涉条纹是一组同心圆,越靠近中心,倾角i越小,折射角γ也越小,则cosγ越大,给出的k值也越大。这说明,越靠近中心,亮环的级次越高。当i=0°时,γ=0°,这时2e+λ/2=kλ当增大厚度e时,会看见起初中心

9、亮环变暗,然后变亮。这是因为e增大,k的级次会变为k+1,因此,中心会产生一个新的亮环。由上述可知,条纹从中心涌出时,说明M2与M2之间的距离变大。反之,则为变小。若眼睛有左向右平移看条纹“冒出”,有右向左看是“缩进”则说明M2与M2不平行,且成的夹角的顶端在左边2、如果实验者是高度近视眼。不戴眼镜能看到等倾条纹干涉或等厚条纹吗?为什么?答:能看到,因为能够通过调节使光最终聚焦在视网膜上,因为并不是实在的物体,所以成像位置是可以调节的,而且调节并不影响M2与M2的位置关系,所以能够看到。

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