文档介绍：迈克耳逊干涉仪实验报告一、实验原理1、迈克耳逊干涉仪的基本原理迈克耳逊干涉仪的基本原理如图1所示:其中S为光源、L为透镜、P为观察屏,G1为半反半透镜、G2为补偿镜、用于补偿光路1、2之间的光程差,M1和M2为反射镜,M2固定,M1可以移动。S发出的光,通过G1后分为两束,反射光由光路1,被M1反射,通过G1,L到达观察点P;透射光通过G2,被M2反射,再次通过G2,L到达观察点P。反射光与透射光在P发生干涉,形成干涉条纹。M2′为M2通过G1所成的像M2′和M2之间的距离等于d。由M2反射的光,可以看作由M2′出的,这样,光路1、2之间的光程差等于2d。移动M1,P处干涉条纹会周期性地产生或消失。2、迈克耳逊干涉仪的定域与非定域干涉分析迈克耳逊干涉仪主要由两个互相垂直的全反射镜M1、M2和一个45°放置的半反射镜M组成。不同的光源会形成不同的干涉情况。,它发出的光被M分为光强大致相同的两束光(1)和(2),如图2所示。其中光束(1)相当于从虚像S′发出,再经M1反射,成像于S1′;光束(2)相当于从虚像S′发出,再经M2′反射成像于S2′。因此,单色电光源经过迈克耳逊干涉仪中两反射镜的反射光,可看作是从S1′和S2′发出的两束相干光。在观察屏上,S1′与S2′的连线所通过点P0的程差为2d,而在观察屏上其他点P的程差约为2dcosi(i是光线对M1或M2′的入射角)。因而干涉条纹是以P0为圆心的一组同心圆,中心级次高,周围级次低。若M1与M2的夹角偏离90°,则干涉条纹的圆心可偏出观察屏以外,在屏上看到弧状条纹;若偏离更大而d又很小,S1′与S2′的连线几乎与观察屏平行,则相当于杨氏双孔干涉,条纹近似为直线。无论干涉条纹形状如何,只要观察屏在S1′与S2′发出的两束光的交叠区都可看到干涉条纹,所以这种干涉称为“非定域干涉”。,如图3所示。由于面光源上不同点所发的光是不相干的,若把面光源看成许多点光源的集合,则这些点光源所分别形成的干涉条纹位置不同,它们相互叠加而最终变成模糊一片,因而在一般情况下将看不到干涉条纹。只有以下两种情况是例外:①M1与M2严格垂直,即M1与M2′严格平行,而把观察屏放在透镜的焦平面上,如图3(a)所示。此时,从面光源上任一点S发出的光经M1和M2反射后形成的两束相干光是平行的,它们在观察屏上相遇的光程差均为2dcosi,因而可看到清晰而明亮的圆形干涉条纹。由于d是恒定的,干涉条纹是倾角i为常数的轨迹,故称为“等倾干涉条纹”。②M1与M2并不严格垂直,即M1与M2′有一个小夹角α。此时从面光源上任意一点S发出的光经M1和M2反射后形成的两束相干光相交于M1或M2附近。因此,若把观察屏放在M1或M2对于透镜所成的像平面附近,如图3(b)所示,就可以看到面光源干涉所形成的条纹。如果夹角α较大而i角变化不大,则条纹基本上是厚度d为常数的轨迹,因而称为“等候干涉条纹”。显然,这两种情况都只在透镜的焦平面或像平面上才能看到清晰的条纹,因而是“定域干涉”。,情况更不相同。无论是点光源还是面光源,要看到干涉条纹,必须满足光程差小于光源的相干长度的要求,即2dcosi<ΔL。对于具有连续光谱的白光,ΔL极小,因而仅当d≈0时,才能看到彩色的干涉条纹。这虽然为观察白光条纹带来了困难,却为正确判断d=0的位置提供了一种很好的实验手段。3、迈克耳逊干涉仪的等倾与等厚干涉迈克耳逊干涉仪的光路系统可以简化为图4。由动镜的反射面万和定镜的反射面的虚像,所夹空气层的干涉光路。当空气层为平行平板时,在面光源的照明下,会观察到同心圆形的等倾干涉条纹,其圆心位于眼睛到空气平板的垂直线上,干涉条纹的定域面在无穷远处。当空气层为楔型板时,在平行光照明下,会观察到平行的等间距的直条纹,即等厚干涉条纹。这种条纹的定域面在空气层的表面或附近。对楔形板如果用面光源照明,一般只有在楔角不大而且是狭光锥中才能看到干涉条纹,这种条纹可能形成在空气层前、空气层中或空气层后的某位置处。现在来考虑这种即非等倾又非等厚的干涉条纹形状。由于所关心的是条纹的形状而不是条纹的大小,所以只要考虑这种条纹在空气层表面上的圆锥投影就可以了。如图4,在E处用眼睛观察两个表面相交成α角的空气层的干涉条纹。从E点到表面画一条垂线,将这条垂线的足O(也就是垂线与表面相交的一点)作为原点,而在前表面上定出纵横坐标轴,纵轴(y轴)平行于两个表面的交线。现在来研究P点(坐标为x,y)的光强。在这一点的空气层厚度D与在原点的厚度D0之间有下列关系:D=D0+xα              (1)空气层前后表面反射的光线之间的光程差:δ=2Dcosi              (2)式中i是入射角PEO。条纹的形状