文档介绍：-1- 北京航空航天大学物理研究性实验报告光的分振幅干涉: 迈克尔逊干涉第一作者: 14071150 苟震宇所在院系: 机械工程及自动化学院第二作者: 14071148 许天亮所在院系: 机械工程及自动化学院光的分振幅干涉: 迈克尔逊干涉 14071150 苟震宇 14071148 许天亮-2- 目录一. 报告简介┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 二. 实验原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 三. 实验仪器┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 6 四. 实验步骤┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7 五. 数据处理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 8 六. 误差分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 10 七. 经验总结┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 13 八. 实验感想┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 14 九. 参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 14 十. 原始数据┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 15 光的分振幅干涉: 迈克尔逊干涉 14071150 苟震宇 14071148 许天亮-3- 一. 报告简介迈克尔逊干涉仪是一种用分振幅法实现干涉的精密光学仪器,利用该仪器可以精确地测量单色光的波长,但是往往由于实验过程中调节仪器和测量计数时的失误,可能会导致较大的误差。本研究性实验报告以迈克尔逊干涉为实验依托,阐述实验原理及实验步骤, 然后进行数据采集和数据处理,对误差的来源进行了详细的分析。最后对实验过程进行反思。二. 实验原理(1) 迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路图如图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 半反射膜处反射,射向平面镜 M2 ;另一部分从 G1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 M2 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在精密导轨上前后移动,以改变两束光之间的光程差。M1, 、M2后面各有三个螺钉来调节平面镜的方位,M1的下方还附有两个方向互相垂直的弹簧,松紧他们,能使 M1支架产生微小变形,以便精确地调节 M1。在图 1所示的光路中,M1’是M1被P1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 M1’与M2之间的空气膜所产生的干涉花纹一样。若M1’、M2平行, 则可视作折射率相同、夹角恒定的楔形薄膜。光的分振幅干涉: 迈克尔逊干涉 14071150 苟震宇 14071148 许天亮-4- (2)单色电光源的非定域干涉条纹 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 处的观察者来说,由于 M2的镜面反射,S’点光源如同处在位置 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 处的观测者, 点光源 S如处于 S1处。所以 E 处的观察者所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,都看见恶意看到干涉花样,所以这一干涉是非定域干涉。如果把观察屏放在垂直于 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连线与屏的焦点 E。设在 E处(ES2=L )的观察屏上,离中心 E点远处有一点 P,EP的距离为 R,则两束光的光程差为: 2222)2(RLRdLL?????? L>>d 时,展开上式并略去 d2 /L2,则有? cos 2/2 22dRL Ld L????式中φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为??k? cos d2 ...) 3,2,1(?k 由上式可见,点光源圆形非定域干涉条纹有以下特点: 光的分振幅干涉: 迈克尔逊干涉 14071150 苟震宇 14071148 许天亮-5- 、λ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系。、λ一定时,如φ=0 ,干涉圆环就在同心圆环中心处,其光程差?λ=2d 为最大值,根据明纹条件,其k也为最高级数。如φ≠0,φ角越大, cos φ越小, k值也就越小,即对应的干涉圆环越靠外,其级次 k也越低。、λ一定时,如果 d逐渐减小,则 c