文档介绍：大学物理实验之迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪》实验报告姓名:高宇飞学号: 61313115 实验日期: 桌号: 08 联系方式: ********** 指导老师:李剑大学物理实验之迈克尔逊干涉仪一、引言迈克尔逊曾用迈克尔逊干涉仪做了三个闻名于世的实验:迈克尔逊- 莫雷以太漂移、推断光谱精细结构、用光波长标定标准米尺。迈克尔逊在精密仪器以及用这些仪器进行的光谱学和计量学方面的研究工作上做出了重大贡献,荣获 1907 年诺贝尔物理奖。迈克尔逊干涉仪设计精巧、用途广泛, 是许多现代干涉仪的原型, 它不仅可用于精密测量长度,还可以应用于测量介质的折射率,测定光谱的精细结构等。二、实验目的(1 )了解迈克尔逊干涉仪的光学结构及干涉原理,学****其调节和使用方法(2 )学****一种测定光波波长的方法,加深对等倾的理解(3 )用逐差法处理实验数据三、实验仪器迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光器、扩束镜等。四、实验原理迈克尔逊干涉仪是 l883 年美国物理学家迈克尔逊( ) 和莫雷( ) 合作, 为研究“以太漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。用它可以高度准确地测定微小长度、光的波长、透明体的折射率等。后人利用该仪器的原理, 研究出了多种专用干涉仪, 这些干涉仪在近代物理和近代计量技术中被广泛应用。 1. 干涉仪的光学结构迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图 1与2 所示。 M 1、M 2 是一对精密磨光的平面反射镜, M 1 的位置是固定的,M 2 可沿导轨前后移动。G 1、 G 2 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板,与 M 1、M 2 均成 45° 角。 G 1 的一个表面镀有半反射、半透射膜 A, 使射到其上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光; G 1 称为分光板。当光照到 G 1 上时,在半透膜上分成相互垂直的两束光,透射光( 1 )射到 M 1 ,经 M 1 反射后, 透过 G 2,在G 1 的半透膜上反射后射向 E ;反射光( 2 )射到 M 2 ,经 M 2 反射后,透过 G 1 射向 E 。由于光线( 2 )前后共通过 G 1 三次, 而光线( 1 )只通过 G 1 一次,有了 G 2 ,它们在玻璃中的光程便相等了, 于是计算这两束光的光程差时, 只需计算两束光在空气中的光程差就可以了, 所以 G 2 称为补偿板。当观察者从 E 处向 G 1 看去时, 除直接看到M 2 外还看到 M 1 的像 M 1ˊ。于是( 1)、(2 )两束光如同从 M 2与M 1ˊ反射来的,因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和 M 1′~M 2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。反射镜 M 2 的移动采用蜗轮蜗杆传动系统,转动粗调手轮( 2 )可以实现粗调。 M 2 移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺(5) 上读得。通过读数窗口, 在刻度盘(3) 上可读到 ; 转动微调手轮(1) 可实现微调, 微调手轮的分度值为 1× 10 -4 mm 。可估读到 10 -5 mm 。M 1、M 2 背面各有 3 个螺钉可以用来粗调 M 1和M 2 的倾度, 倾度的微调是通过调节水平微调( 15 )和竖直微调螺丝( 16 )来实现的。大学物理实验之迈克尔逊干涉仪 2. 单色点光源的非定域干涉本实验用 He-Ne 激光器作为光源(见图 3) ,激光通过扩束镜 L 汇聚成一个强度很高的点光源 S, 射向迈克尔逊干涉仪, 点光源经平面镜 M 2、M 2 反射后, 相当于由两个点光源 S 1 ˊ和S 2ˊ发出的相干光束。Sˊ是S 的等效光源, 是经半反射面 A 所成的虚像。S 1′是S′经M 1′所成的虚像。S 2′是S′经M 2 所成的虚像。由图 3 可知, 只要观察屏放在两点光源图2 迈克尔逊干涉仪结构图大学物理实验之迈克尔逊干涉仪图3 点光源干涉光路图图4 点光源产生等倾干涉条纹发出光波的重叠区域内,都能看到干涉现象,故这种干涉称为非定域干涉。如果 M 2与M 1′严格平行, 且把观察屏放在垂直于 S 1′和S 2′的连线上,就能看到一组明暗相间的同心圆干涉环, 其圆心位于 S 1′S 2′轴线与屏的交点 P 0处, 从图 4 可以看出 P 0 处的光程差Δ=2d , 屏上其它任意点 P′或P″的光程差近似为? cos 2d??(1) 式中?为S 2′射到 P″点的光线与 M 2 法线之间的夹角。当??kd?? cos 2 时,为明纹;当 2/)12( cos 2?????kd 时,为暗纹。由图 4 可以看出,以 P 0 为圆心的圆环是从虚光源发出的倾角相同的光线干涉的结果, 因此,称为“等倾干涉条纹”。由(4) 式可知?=0 时光程差最大, 即圆心 P 0 处干涉环级次最高, 越向