迈克耳孙干涉仪的调节和使用

迈克耳孙干涉仪的调节和使用
迈克耳孙干涉仪的调节和使用

迈克耳孙干涉仪的调节和使用

实验目的

1、 掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法;

2、 调节和观察迈克尔逊干涉仪产生的干涉图,加深对各种干涉条

纹特点的理解;

3、 应用迈克尔逊干涉仪测定钠光和He-Na 激光的波长。

实验仪器

迈克尔逊干涉仪 钠光源 激光源

实验原理

迈克耳孙干涉仪主要由两个相互垂直的全反射镜M 1、M 2和一个

放置的半反射镜p 1组成,如图1所示,从光源S 来的光在p 1的半

反射面上被分成反射光(1)和透射光(2),两束光的强度近似相等。光束(1)射向M 1镜,反射折回通过p 1;光束(2)通过p 2射向M 2镜,反射后再通过p 2射至p 1的半反射面处再次反射。最后这两束相干光

在空间相遇产生干涉。用屏或眼睛在E 处可以观察到它们的干涉条纹。p 2是为了消除光束(1)和光束(2)的光程不对称而设置的,它与p 1有相同的厚度和折射率,它补偿了(1)、(2)两光束的附加光程

图1

差,称为“补偿板”。

由于从M 2返回的光线在分光板p 1第二面上反射,使M 1附近形成

一平行于M 1的虚像,因而光在迈克尔逊干涉仪中自M 1和M 2的反

射,相当于自M 1和的反射。由此可见,在迈克尔逊干涉仪中所产

生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。

实验中采用不同的光源会形成不同的干涉情况,即有“定域干

涉”和“非定域干涉”。

1.当光源为单色点光源时,它发出的光被p 1分为光强大致相同的

45'2M '2M

图2

束光(1)和(2),如图2所示。其中光束(1)相当于从虚像发

出,再经过M 1

反射,成像于;光束(2)相当于从虚像发出,再经过反射成像于(是M 2关于p 1

所成的像)。因此,单色点光源经过迈克耳孙干涉仪中两反射光,可看作是从和发出的

两束相干光。在观察屏上,于的连线所通过的程差为2d ,

而在观察屏上其他点P 的程差为2dcosi (其中d 是与的距离,

i 是光线对或的入射角)。因而干涉条纹是以为圆心的一组

同心圆,中心级次高,周围级次低。若M 1与M 2的夹角偏离,则干涉条纹的圆心可偏出观察屏外,在屏上看到弧状条纹;若偏离更大而

d 又很小,无论干涉条纹形状如何,只要观察屏在与发出的两

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”。

图3

2.如果改用单色面光源照明,情况就不同了,如图1所示。由于面光源上不同点所发出的光是不相干的,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的位置不同,

它们相互's '1s 's '2M '2s '2M '1S '1S '1S '2S 0P 1M '2M 1M '2M 0P 90'1S '2

S

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

有以下两种情况例外:①M 1与M 2严格垂直,即M 1与严格平行,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 发出的光经过M 1和M 2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 ,因而可看到清新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”。②M 1与M 2并不严格垂直,即与有一

个小夹角α。可以证明,此时从面光源上任一点S 发出的光经M 1和M 2反射后形成的两束相干光相交于M 1或M 2的附近。因此,若把观察屏放在M 1或M 2对于透镜所形成的像平面附近,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“等厚干涉条纹”。显然,这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”。(图3(a )定域在无限远,图3(b )定域在M 1附近)

3.如果用非单色的白光为光源,情况更不相同。无论是点光源或是面光源,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 <?L 。对于具有连续光谱的白光,?L 及小,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手段。

实验装置

实际的迈克耳孙干涉仪如图4所示。反射镜M 1装在带有一条刻度线的滑块上,滑块通过精密丝杆可在一根导轨上滑动,导轨上有0~100mm 的刻度。旋转粗调手轮,可使M 1在导轨上前后移动,手轮与一个大刻度盘连接,刻度盘的刻度可从观察窗读出。粗调手轮的右边还有一个微调轮,上有小刻度盘。大、小刻度盘上均有100个刻度,大盘的一格对应于M 1移动0.01mm ;小盘的一格对应于M 1移动0.0001mm 。反射镜M 2的前后位置不可移动。它的背面有三个滚花螺丝,用来调节它的方向(粗调);它的下面还有两个微调螺丝,分别可在x 方向或y 方向进行微调。反射镜M 1的背面也有三个滚花螺丝,但已调好(与M 成角,与它在精密细杆上的运动方向垂直),实验中不要动它们。观察屏是一块毛玻璃,可前后移动,也可取下。整个干涉仪安装在底座上,有三个底座螺丝,可调节它的水平位置。

'2M 1M '2M 45

图4

实验内容和步骤

一、观察与分析钠灯的定域干涉现象,测量钠灯中两黄光谱线的波长

1.以钠灯加白纸作为光源,并点亮预热,并用小针在白纸上扎有一小孔。

2.旋转粗动手轮,使M1和 M2至p1镀膜面的距离大致相等,沿Ep1方向观察,将看到针孔的双影像。

3、仔细调节M2背后的三颗螺丝,改变M1和M2的相对方位,直至双影在水平方向和铅直方向均完全重合。这时可观察到干涉条纹,仔细调节三颗螺丝,使干涉条纹成圆形(注意:螺丝的调节要缓慢进行,不可硬拧)。

4、细致缓慢调节M2下方的两个微拉螺杆,使干涉条纹中心出现在视场中心并且仅随观察者的眼睛左右上下的移动而移动,但不发生条纹的“涌出”或“陷入”现象。这时观察到的干涉条纹即为等倾干涉条纹。

5、轻轻旋转粗动手轮,使M1移动,观察条纹的变化,从条纹的“涌出”或“陷入”,判断d的变化。

6、当视场中出现清晰的、对比度较好的干涉圆环时,再慢慢地转动微动手轮,可以观察到视场中心条纹向外一个一个地“涌出(或是”陷入“)时,开始记数(注意:这时手轮旋转方向不能变!!)。先记录M1镜的起始位置d1(两读数转盘读数相加),转动微动手轮,一气数出100个干涉环(涌出或陷入)时,停止转动手轮,再次记录M1镜的位置d2,则△d=∣d2-d1∣。

7、代入公式计算出钠光波长,反复三次。

二、观察与分析He-Ne激光的非定域干涉现象,测量该激光的波长。

1.将钠光换成He-Ne激光源,调节He-Ne激光器与迈克耳孙干涉仪的相对位置,使光束分别大致照在p1和p2的中央。

2、在E方向上安装上观察屏。转动微动手轮,将在观察屏上看到干涉环的变化。

3、记下M1镜的当前位置d1,转动微动手轮,通过观察屏,数出条纹由中心向外“涌出”(或“陷入”)100个时,再次记下M1位置d2,则△d=∣d2-d1∣。

弹性。

迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告

实验十四迈克耳孙干涉仪的调节与使用 迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙(A、A、Michelson)与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长 λ=643、84696nm)就是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。她定义1m=1553164、13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然就是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1、学习迈克耳孙干涉仪的原理与调节方法。 2、观察等倾干涉与等厚干涉图样。 3、用迈克耳孙干涉仪测定He-Ne激光束的波长与钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪,He-Ne激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪就是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。 S-激光束;L-扩束镜;G1-分光板;G2-补偿板;M1、M2- 反射镜;E-观察屏。 图7-1迈克耳孙干涉仪光路图 从氦氖激光器发出的单色光s,经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束,该光束射到与光束成45?倾斜的分光板G1上,G1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)与(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1与M2上,经两平面镜反射至G1后汇合在一起。仔细调节M1与M2,就可以在E处观察到干涉条纹。

迈克耳孙干涉仪实验报告

南昌大学物理实验报告 课程名称: 大学物理实验 实验名称: 迈克尔逊干涉仪 学院: 专业班级: 学生姓名: 学号: 实验地点:基础实验大楼B308 位号: 实验时间:第周星期二下午13:00开始

一、实验目的: 1.掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样. 2.区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉,测定He-Ne激光波长 二、实验原理: 1.仪器的构造 图40-1为干涉仪的实物图,图40-2为其光路示意图.其中M1和M2为两平面反射镜,M1可在精密导轨上前后移动,而M2是固定的. P1是一块平行平面镜,板的第二表面(靠近P2的面)涂以半反射膜,它和全反射镜M1成45°角. P2是一块补偿板,其厚度及折射率和P1完全相同,且与P1平行,它的作用是补偿两路光的光程差,使两束光分别经过厚度和折射率相同的玻璃三次.从而白光实验时,可抵消光路.

中分光镜色散的影响. 放松刻度轮止动螺丝⑧,转动刻度轮⑦,可使反射镜M1沿精密导轨前后移动,当锁紧止动螺钉⑧,转动微量读数鼓轮⑨时,通过蜗轮蜗杆系统可转动刻度轮,从而带动M1微微移动,微量读数鼓轮最小格对应值为10?4㎜,可估读到10?5㎜,刻度轮最小分度值为10?2㎜. M1的位置读数由导轨上标尺、刻度轮和微量读数鼓轮三部分组成.反射镜M2背后有三个螺钉,用以粗调M2的倾斜度,他的下方还有两个相互垂直的微调螺丝,以便精确调节M2的方位. 2.干涉条纹的图样 由于光源性质的不同,用迈克耳孙干涉仪可观测定域干涉和非定域干涉. (1)当使用扩展的面光源时只能获得定域干涉.定域干涉因形成的干涉条纹有一定的位置而得名.定域干涉又分为等倾干涉和等厚干涉,这取决于M1和M2是否垂直,或者说M1和M2′是否平行. M2′是反射镜M2被分光板P1反射所成的虚像. (a)等倾干涉 当M1和M2′互相平行时,得到的是相当于平行平面的等倾干涉条纹,七干涉图样定位于无限远,如果在E处放一会聚透镜,并在其焦平面上放一屏,则在屏上可观察到一圆圈的同心圆.对于入射角i相同的各束光,如右图所示,其光程差均为 δ=2d cos i (40?1) 对于k级亮条纹,显然是由满足下式的入射光而成的 δ=2d cos i=kλ (40?2) 在同心圆的圆心处i=0,干涉条纹的级数最高,此时有 δ=2d=kλ (40?3) 当移动M1使间距d增加时,圆心的干涉次级增加,我们就可以看到中心条纹一个一个向外“冒出”,而当d减小时, ?.如果测出M1移动的距离?d,中心条纹将一个一个地“缩”进去.每“冒出”或“缩进”一个条纹,d就增加或减少了λ2 算出相应的“冒出”或“缩进”的条纹个数?k,就可以算出光源的波长: ? λ=2?d?k (b)等厚干涉 当M1和M2′不平行而有一个很小的角度时,行程一个楔形的空气层,这时就将出现等厚干涉条纹,如图40-3所示.当d很小时,即M1和M2′相交时,由面光源上发出的光束,经楔形空气薄层两面反射所产生的等厚干涉条纹定位于楔形

迈克尔逊干涉仪及其应用

迈克尔逊干涉仪及其应用 迈克尔逊干涉仪的应用 迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法实现干涉的精密光学仪器.自1881 年问世以来,迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验:否定“ 以太” 的迈克尔逊—莫雷实验;光谱精细结构和利用光波波长标定长度单位.迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高,其调整和使用具有典型性.根据迈克尔逊干涉仪的基本 原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域. 【预习要求】 1. 阅读实验十六,理解光的干涉、等倾干涉与等厚干涉 . 2. 了解定域干涉与非定域干涉概念 . 3. 了解迈克尔逊干涉仪的结构和使用 . 【实验目的】 1. 研究迈克尔逊干涉仪上各种光的干涉现象 . 2. 了解迈克尔逊干涉仪的应用 . 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪,法布里-珀罗干涉仪,氦氖激光器,钠光灯,白炽灯, 扩束镜 【实验要求】 1. 定域干涉与非定域干涉的研究 (1)观察激光产生的定域干涉与非定域干涉; (2)粗略测定激光定域等倾干涉条纹和等厚干涉条纹的定域位置(精确到 mm ); (3)观察钠光产生的定域干涉与非定域干涉 . 2. 钠光双线波长差与相干长度的测定 (1)用迈克耳孙干涉仪测定钠光双线波长差; (2)用迈克耳孙干涉仪测定钠光相干长度;

(3)用迈克耳孙干涉仪考察氦-氖激光的相干长度 . 3. 钠光双线波长差的测定与考察补偿板的作用 (1)用迈克耳孙干涉仪测定钠光双线波长差; (2)用法布里-珀罗干涉仪测定钠光双线波长差; (3)观察无补偿板的迈克耳孙干涉仪中条纹的特点 . 【实验提示】 1. 如何获得点光源和面光源?如何测定干涉条纹的定域位置? 2. 钠光包含中心波长分别为589.0nm 和589.6nm 的两条谱线,在迈克耳逊干涉仪中它的干涉条纹有什么特点? 测波长差的公式;能用测出的波长差计算相干长度吗?测定光源相干长度的方法,实际可能达到的精度 . 3. 钠光包含中心波长分别为589.0nm 和589.6nm 的两条谱线,在迈克耳逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪中它的干涉条纹各有什么特点? 4. 迈克耳逊干涉仪中补偿板有哪些作用? 5.考虑实际可能达到的精度,确定是否要用微动手轮,应如何安排测量次数,如何处理数据 . 【设计报告要求】 1 . 写明实验的目的和意义 2 . 阐明实验原理和设计思路 3 . 说明实验方法和测量方法的选择 4 . 列出所用仪器和材料 5 . 确定实验步骤 6 . 设计数据记录表格 7 . 确定实验数据的处理方法 【思考题】

迈克耳孙干涉仪实验报告

迈克耳孙干涉仪实验报告 摘要:迈克耳孙干涉仪设计精巧、用途广泛,是许多现代干涉仪的原型。本实验利用迈克耳孙干涉仪对光的干涉基本现象进行了观察,对单色光波长进行了测定,并对光场的时间相干性进行了研究。 关键词:迈克耳孙干涉仪;光的干涉;单色波波长;光场的时间相干性 The Report of Michelson Interferometer Experiment Abstract: The Michelson interferometer is the model of many modern interferometers because of its elaborate design and widespread use. The experiment observed the basic phenomenon of interference of light, measured the wavelength of monochromatic light and studied the temporal coherence of light field. Key words: Michelson interferometer; interference of light; wavelength of monochromatic light; temporal coherence of light field 1881年迈克耳孙制成第一台干涉仪。后来,迈 克耳孙利用干涉仪做了三个文明于世的实验:迈克耳孙-莫雷以太零漂移、推断光谱精细结构、用光波波长标定标准米尺。迈克耳孙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。迈克耳孙干涉仪设计精巧、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,还可应用于测量介质的折射率,测定光谱的精细结构等。本实验利用迈克耳孙干涉仪对光的干涉基本现象进行了观察,对单色光波长进行了测定,并对光场的时间相干性进行了研究。1.实验原理及仪器介绍 1.1 迈克耳孙干涉仪简介 迈克耳孙干涉仪是根据分振幅干涉原理制成的精密实验仪器,主要由4个高品质的光学镜片和一套精密的机械传动系统装在底座上组成,其结构如图1所示。

迈克耳孙干涉仪的调整与使用

实验五迈克耳孙干涉仪的调整与使用 【预习思考题】 1.迈克尔孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的? 答:迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的。 2.迈克尔孙干涉仪的等倾和等厚干涉分别在什么条件下产生的?条纹形状如何?随M1、M2’的间距d如何变化? 答:(1)等倾干涉条纹的产生通常需要面光源,且M1、M2’应严格平行;等厚干涉条纹的形成则需要M1、M2’不再平行,而是有微小夹角,且二者之间所加的空气膜较薄。 (2)等倾干涉为圆条纹,等厚干涉为直条纹。 (3)d越大,条纹越细越密;d越小,条纹就越粗越疏。 3.什么样条件下,白光也会产生等厚干涉条纹?当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,M1、M2’两镜子的位置成什么关系? 答:白光由于是复色光,相干长度较小,所以只有M1、M2’距离非常接近时,才会有彩色的干涉条纹,且出现在两镜交线附近。 当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,说明M1、M2’已相交。 【分析讨论题】 1.用迈克尔孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同? 答:二者虽然都是圆条纹,但牛顿环属于等厚干涉的结果,并且等倾干涉条纹中心级次高,而牛顿环则是边缘的干涉级次高,所以当增大(或减小)空气层厚度时,等倾干涉条纹会向外涌出(或向中心缩进),而牛顿环则会向中心缩进(或向外涌出)。

2.想想如何在迈克尔孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹测定透明物体的折射率?答:首先将仪器调整到M1、M2’相交,即视场中央能看到白光的零级干涉条纹,然后根据刚才镜子的移动方向选择将透明物体放在哪条光路中(主要是为了避免空程差),继续向原方向移动M1镜,直到再次看到白光的零级条纹出现在刚才所在的位置时,记下M1移动的距离所对应的圆环变化数N,根据,即可求出n。

迈克耳孙干涉仪实验报告

实验名称:迈克耳孙干涉仪 实验日期:2010.12.7 实验人:缪盈盈 实验目的: 1.了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构及调节方法. 2.研究定域干涉、非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及光 源的时间相干性、空间相干性. 3.利用迈克耳孙干涉仪测量氦氖激光的波长. 实验原理: 迈克耳孙干涉仪主要由两个相互垂直的全反射镜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. 1.当光源为单色点光源时,它发出的光被M分为光强大致相同的两束光(1)和(2),如图6-22所示.其中光束(1)相当于从虚像S’发出.再经M1反射,成像于S’1;光束(2)相当于从虚像S’发出,再经M’2反射成像于S’2(M’2是M2关于M所成的像).因此,单色点光源经过迈克耳孙干涉仪中两反射镜的反射光,可看作是从S’1和S’2发出的两束相干光.在观察屏上,S’1与S’2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 (其中d是M1与M’2的距离,i是光线对M1或M’2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,S’1与S’2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S’1与S’2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

2.如果改用单色面光源照明,情况就不同了,如图6-23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M’2严格平行,而把观察屏放在透镜的焦平面上,如图6—23(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M’2有一个小夹角α.可 以证明,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相交于M1或M2的附近.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6—23(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“等厚干涉条纹”.显然,这两种情况部只在透 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”. 3.如果用非单色的白光为光源,情 况更不相同.无论是点光源或面光 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.

实验6-5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用

实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用 一.实验目的 (1).了解迈克尔逊干涉仪的基本构造,学习其调节和使用方法。 (2).观察各种干涉条纹,加深对薄膜干涉原理的理解。 (3).学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。 二.实验原理 1.迈克尔逊干涉仪光路 如图所示,从光源S 发出的光线经半射镜 的反射和透射后分为两束光线,一束向上 一束向右,向上的光线又经M1 反射回来, 向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来 在半反射镜处被再次反射向下,最后两束光线在 观察屏上相遇,产生干涉。 2.干涉条纹 (1).点光源照射——非定域干涉 如图所示,为非定域干涉的原理图。点S1是光源 相对于M1的虚像,点S2’是光源相对于M2所成 的虚像。则S1、S2`所发出的光线会在观察屏上形 成干涉。 当M1和M2相互垂直时,有S1各S2`到点A 的 光程差可近似为: i d L cos 2=? ① 当A 点的光程差满足下式时 λk i d L ==?c o s 2 ② A 点为第k 级亮条纹。 由公式②知当i 增大时cosi 减小,则k 也减小,即条纹级数变高,所以中心的干涉条纹的级次是最高的 (2)扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃,则形成扩展光源,此时形 成的干涉为定域干涉,定域干涉只有在特定的位置才能看到。 ①.M1与M2严格垂直时,这时由于d 是恒定的,条纹只与入射角i 在关,故是等倾干涉 ②.M1与M2并不严格垂直时,即有一微小夹角,这种干涉为等厚干涉。当M1与M2夹角很小,且入射角也很小时,光程差可近似为 )21(2)2sin 1(2cos 222 i d i d i d L -≈-=≈?③ 在M1与M2`的相交处,d =0,应出现直线条纹,称中央条纹。 3.定量测量 (1).长度及波长的测量 由公式②可知,在圆心处i=0 0, cosi=1,这时 λk d L ==?2 ④ 从数量上看如d 减小或增大N 个半波长时,光程差L ?就减小或增大N 个整波长,对

【实验报告】迈克耳孙干涉仪

实验十一迈克耳孙干涉仪的调整与使用 【实验目的】 1.了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构和调整方法。2.观察等倾和等厚干涉条纹,了解其形成条件、条纹分布特点及条纹的变化。 3.测量He-Ne 激光的波长。 【实验原理】 1.迈克耳孙干涉仪的光路 如图5.4-1 所示,图中M1 和M2 是二个精密磨光的平面镜,置于相互垂直的两臂上。 在两臂轴相交处,是一个与两臂成45°角且两面严格平行的平面玻璃板G1,其背面镀 有一层半透半反膜,称为分束板。G2与G1平行放置,其厚度和折射率与G1完全相同,但表面没有镀 图5.4-1 迈克耳孙干涉仪的简单光路 层,G2称为补偿板。从图中看出,光源S发出的光在G1后表面被分为光强近乎相等的反射光束(1)和透射光束(2),两束光经反射后,共同向E 处传播并发生干涉。反射镜M2是固定的,M1可沿臂轴方向移动,M2被G1反射所成的镜像M2 '位于M1附近,光束(2)也可以看作是从M2的虚像M2 '反射来的,用M2 '代替M2讨论问题,两束光光程不受影响。这样,可直观地看出两束光在到达观察屏E 处时的光程差与M1和 M2 '间的“空气薄膜”的厚度d有关,即M1所处位置是影响光程差的因素之一,这种干涉相当于“薄膜”干涉。 光束(1)到达E处时,共通过了G1三次,而光束(2)只在未分出前与光束(1)同时通过G1 一次,另外两次则由穿过G2 两次来得到补偿。这样,两束光在玻璃中的光程相等,因此计算两束光的光程差时,只需考虑它们在空气中的几何路程的差别。此外,用白光照明时,若只有G1,贝因为玻璃的色散,不同波长的光因折射率不同而产生的光程差无法用空气中行程弥补,而G2板的加入就能补偿各色光的光程差以获得白光的 零级干涉条纹。白光的干涉条纹在迈克耳孙干涉仪中极为有用,能够用于准确地确定零光程差的位置,进行长度的精确测量。在迈克耳孙干涉仪中,两束相干光分得较开,这便于在任一支光路里放进被研究的对象,通过白光零级条纹位置的改变来研究所放入物质的某些物理特性,如气体或其它透明物质的折射率、透明薄板的厚度等。2.各种干涉条纹的图样 (1 )点光源的非定域干涉 图5.4-2 点光源的非定域干涉 当用凸透镜对激光光束会聚后,得到的是一个线度小、强度足够大的点光源,它向空间传播的是球面波。在经M1和M2 '反射后,又得到相当于由两个虚光源S1、S2'发出 的两列满足干涉条件的球面波,S1为S经G1及M1反射后成的像,S2'为S经M2及 G1反射后成的像(等效于S经G1及M2 '反射后成的像)。两列球面波在它们相遇的空间处处相干,即在两束光相遇的全部空间内均能用观察屏接收到干涉图样,因此是非定 域干涉。非定域干涉条纹的形状随S1、S2'与观察屏E的相对位置的不同而不同。当 M1和M2 '大体平行时,E会与S1、S2'的连线垂直,此时得到圆条纹,圆心在S1、S2'连线与屏的交点O处;当M1和M2 '不平行时,S1与S2不会在一条竖直线上,则E不再与S1、S2'的连线垂直。若E 与S1、S2'的垂直平分线垂直,将得到直条纹,其它情况下则为椭圆或双曲线条纹。通常我们在测量时大都选取圆条纹的情况,下面就讨论这种非定域圆条纹的一些特性。

迈克耳孙干涉仪测光波波长

迈克耳孙干涉仪 1881年迈克耳孙(Michelson,1852—1931)制成可以测定微小长度、折射率和光波波长的第一台干涉仪。后来,他又用干涉仪做了3个闻名于世的重要实验:迈克耳孙—莫雷(Morley,1838—1923)“以太”漂移实验,实验结果否定了“以太”的存在,解决了当时关于“以太”的争论,并确定光速为定值,为爱因斯坦(Einstein,1879—1955)发现相对论提供了实验依据;迈克耳孙与莫雷最早用干涉仪观察到氢原子光谱中巴耳末系的第一线为双线结构,并以此推断光谱线的精细结构;迈克耳孙首次用干涉仪测得镉红线波长(λ=643.84696nm),并用此波长测定了标准米的长度(1m=1553164.13镉红线波长)。此外,迈克耳孙于1920年用一台高分辨率的干涉仪测量猎户星座一等变光星的直径约为太阳直径的3倍,这是人类首次精确测量太阳之外的恒星的大小。 迈克耳孙干涉仪在近代物理和近代计量技术中起了重要作用。今天迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但它的基本结构仍然是许多现代干涉仪的基础。 【预习重点】 (1)迈克耳孙干涉仪的构造原理和调节使用方法。 (2)薄膜的等倾干涉和等厚干涉。 (3)如何利用迈克耳孙干涉仪测量光的波长。

参考书:《光学》,母国光、战元龄编,第八章;《光学》上册,赵凯华、钟锡华编,第三章。 【仪器】 迈克耳孙干涉仪、低压钠灯、白炽灯、带“T”标志的毛玻璃片。 图33—1迈克耳孙干涉仪 1—分束器G1;2—补偿板G2;3—可动反射镜M1;4—固定反射镜M2;5—反射镜调节螺丝;6—导轨;7—水平拉簧螺丝;8—垂直拉簧螺丝;9—微调手轮;10—粗调手轮;11—读数窗口;12—光屏 迈克耳孙干涉仪是根据分振幅干涉原理制成的精密实验仪器,主要由4个高品质的光学镜片和一套精密的机械传动系统装在底座上组成(图33—1)。其中作为分束器的G1是一面镀有半透膜的平行平面玻璃板,与相互垂直的M1和

迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告

实验十四 迈克耳孙干涉仪的调节和使用 迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙 (A.A.Michelson )与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长λ=643.84696nm )是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。他定义1m=1553164.13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1.学习迈克耳孙干涉仪的原理和调节方法。 2.观察等倾干涉和等厚干涉图样。 3.用迈克耳孙干涉仪测定He -Ne 激光束的波长和钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪,He -Ne 激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。 从氦氖激光器发出的单色光s ,经扩束镜L 将光束扩束成一个理想的发散光束,该光束射到与光束成45?倾斜的分光板G 1上,G 1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)和(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M 1和M 2上,经两平面镜反射至G 1后汇合在一起。仔细调节M 1和M 2,就可以在E 处观察到干 S-激光束;L-扩束镜;G 1-分光板;G 2-补偿板;M 1、M 2-反射镜;E-观察屏。 图7-1 迈克耳孙干涉仪光路图

迈克耳孙干涉仪测光波波长

迈克耳干涉仪 1881年迈克耳(Michelson,1852—1931)制成可以测定微小长度、折射率和光波波长的第一台干涉仪。后来,他又用干涉仪做了3个闻名于世的重要实验:迈克耳—莫雷(Morley,1838—1923)“以太”漂移实验,实验结果否定了“以太”的存在,解决了当时关于“以太”的争论,并确定光速为定值,为爱因斯坦(Einstein,1879—1955)发现相对论提供了实验依据;迈克耳与莫雷最早用干涉仪观察到氢原子光谱中巴耳末系的第一线为双线结构,并以此推断光谱线的精细结构;迈克耳首次用干涉仪测得镉红线波长(λ=643.84696nm),并用此波长测定了标准米的长度(1m=1553164.13镉红线波长)。此外,迈克耳于1920年用一台高分辨率的干涉仪测量猎户星座一等变光星的直径约为太阳直径的3倍,这是人类首次精确测量太阳之外的恒星的大小。 迈克耳干涉仪在近代物理和近代计量技术中起了重要作用。今天迈克耳干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但它的基本结构仍然是许多现代干涉仪的基础。 【预习重点】 (1)迈克耳干涉仪的构造原理和调节使用方法。 (2)薄膜的等倾干涉和等厚干涉。 (3)如何利用迈克耳干涉仪测量光的波长。 参考书:《光学》,母国光、战元龄编,第八章;《光学》上册,凯华、钟锡华编,第三章。 【仪器】 迈克耳干涉仪、低压钠灯、白炽灯、带“T”标志的毛玻璃片。

图33—1迈克耳干涉仪 1—分束器G 1;2—补偿板G 2 ;3—可动反射镜M 1 ;4—固定反射镜M 2 ;5 —反射镜调节螺丝;6—导轨;7—水平拉簧螺丝;8—垂直拉簧螺丝;9—微调手轮;10—粗调手轮;11—读数窗口;12—光屏 迈克耳干涉仪是根据分振幅干涉原理制成的精密实验仪器,主要由4个高品质的光学镜片和一套精密的机械传动系统装在底座上组成(图33—1)。其中 作为分束器的G 1是一面镀有半透膜的平行平面玻璃板,与相互垂直的M 1 和M 2 两个反射镜各成45°角,它使到达镀镆处的光束一半反射一半透射,分为两个 支路Ⅰ和Ⅱ(图33—2所示),又分别被M 1和M 2 反射返回分束器会合,射向 观察位置E。补偿板G 2平行于G 1 ,是一块与G 1 的厚度和折射率都相同的平行 平面玻璃。它用来补偿光束Ⅱ在分束器玻璃中少走的光程,使两光路上任何波长 的光都有相同的程差,于是白光也能产生干涉。M 2是固定的,M 1 装在拖板上。 转动粗调手轮,通过精密丝杠可以带动拖板沿导轨前后移动,导轨的侧面有毫米直尺。传动系统罩读数窗口的圆分度盘每转动1格,M 1 镜移动0.01mm,右 侧的微调手轮每转动1个分格,M 1镜只移动10-4mm,估计到10-5mm。M 1 和 M 2的背后各有3个调节螺丝,可以调节镜面的法线方位。M 2 镜水平和垂直的拉 簧螺丝用于镜面方位的微调。

大学物理实验 迈克耳孙干涉仪的调整与使用-实验要求

北京师范大学物理实验教学中心普通物理实验室 实验要求 迈克耳逊干涉仪的调整与使用 实验仪器 迈克耳逊干涉仪,溴钨灯,钠光灯 实验内容 1.调节迈克耳逊干涉仪(调出等倾干涉条纹) 调好圆条纹以后,转动微动手轮,可以看到圆心处条纹陷入(或涌出)的现象。 2.测量钠光波长 记录每隔30个干涉条纹中心“涌出”或“陷入”的M1镜位置读数,连续读取10次数据(注意在测定的过程中手轮要朝一个方向旋转)。利用逐差法计算钠光的波长,并计算所测量波长的不确定度。 3.测量钠光波长差 移动M1镜,使视场中心的视见度最小,记录M1镜的位置;沿原方向继续移动M1镜,使视场中心的视见度由最小到最大直至又为最小,再记录M1镜位置,连续测出四个视见度最小时M1镜位置。 用逐差法求Δd 的平均值d Δ,并根据22d λλΔ=Δ计算钠双线的波长差,其中589.3nm λ=。 4.(选做)根据白光干涉条纹,测量塑料薄片的厚度 以钠光灯为光源调出等厚干涉条纹。向观察者移动M1镜,条纹数约4-5条,换上白光源(溴钨灯),继续移动M1镜,直至出现彩色条纹,并使零级条纹处于视场的中央,记录M1镜的位置d 1;然后在M1光臂中垂直放入透明塑料片,彩色条纹消失,沿原方向继续移动M1镜,使视场中心重新出现彩色条纹,再记录M1镜位置d 2。 算出Δd=d 2-d 1,根据1 d t n Δ=?计算塑料片的厚度。其中塑料片折射率n≈1.7。 注意事项 1.本实验使用的钠光灯、溴钨灯外壳有高温,避免烫伤。 2.仪器上的光学元件精度极高,不能用手触摸光学镜面。 3.传动机构相当精密,使用时要轻缓小心。 4.可以用纸片挡一下光路,观察哪些光斑是来自于M1镜的,哪些光斑来自于M2镜的反射光。 5.在测量过程中,旋钮只能沿一个方向转动,即单向操作,以避免螺距空程带来的误差。 预习思考题 迈克耳逊干涉仪在物理学史上的重要意义是什么? 课后问题 1. 等倾干涉条纹为什么随光程差的增加而变密? 2. 为什么等倾干涉条纹的分布里疏外密? 3. 考虑到蜗轮蜗杆的精度只有2微米,这会对不确定度的计算产生什么影响?请重新 计算钠黄光平均波长的不确定度。

迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告

实验十四迈克耳孙干涉仪的调节和使用 迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙 (A.A.Michelson)与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长λ=643.84696nm)是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。他定义1m=1553164.13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1.学习迈克耳孙干涉仪的原理和调节方法。 2.观察等倾干涉和等厚干涉图样。 3.用迈克耳孙干涉仪测定He-Ne激光束的波长和钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪,He-Ne激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。 S-激光束;L-扩束镜;G1-分光板;G2-补偿板;M1、 M2-反射镜;E-观察屏。 图7-1迈克耳孙干涉仪光路图 从氦氖激光器发出的单色光s,经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束,该光束射到与光束成45?倾斜的分光板G1上,G1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)和(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1和M2上,经两平面镜反射至G1后汇合在一起。仔细调节M1和M2,就可以在E处观察到干涉条纹。G2为补偿板,其材料和厚度与G1相同,用以补偿光束(2)的光程,使光束(2)与光束(1)在玻璃中走过的光程大致相等。

迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告word精品

实验十四迈克耳孙干涉仪的调节和使用迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙 (A.A.Michelson )与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线 (波长Q643.84696nm )是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。他定义 1m=1553164.13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1?学习迈克耳孙干涉仪的原理和调节方法。 2?观察等倾干涉和等厚干涉图样。 3?用迈克耳孙干涉仪测定He - Ne激光束的波长和钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪,He- Ne激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。 S-激光束;L-扩束镜;G1-分光板;G2-补偿板;M1、 M2-反射镜;E-观察屏。 图7-1迈克耳孙干涉仪光路图 从氦氖激光器发出的单色光s,经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束,该光 束射到与光束成45?倾斜的分光板G1 上, G1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反 射膜分成强度大致相同的反射光(1)和(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1和M2上,经两平面镜反射至G1后汇合在一起。仔细调节M1和M2,就可以在E处观察到干涉条

实验二十八 迈克耳孙干涉仪的调节和使用

实验二十八 迈克耳孙干涉仪的调节和使用 【预习题】 1.迈克耳孙干涉仪主要由哪些光学元件组成,各自的作用是什么? 答:迈克耳孙干涉仪主要由分光板1G 、补偿板2G 、可移动平面反射镜1M 和固定平面反射镜2M 4种光学元件组成。1G 的作用是将一束光分成强度大致相同的两束光——反射光(1)和透射光(2);2G 的材料和厚度与1G 相同,作用是补偿光束(2)的光程,使光束(2)与光束(1)在玻璃中走过的光程大致相同;1M 的作用是反射(1)光;2M 的作用是反射(2)光。 2.怎样调节可以得到等倾干涉条纹?怎样调节可以得到等厚干涉条纹? 答:当M 1、M 2严格垂直时,调出的圆条纹为等倾干涉条纹。当M 1、M 2不垂直时,调出的干涉条纹为等厚干涉条纹。 3.如何用He 一Ne 激光调出非定域的等倾干涉条纹?在调节和测其波长时要注意什么? 答:① 用He 一Ne 激光调出非定域的等倾干涉条纹的方法如下: (1)调节He 一Ne 激光束大致与平面镜2M 垂直。 (2)遮住平面镜1M ,用自准直法调节2M 背后的三个微调螺丝,使由2M 反射回来的一组光点象中的最亮点返回激光器中,此时入射光大致垂直平面镜2M 。 (3)遮住平面镜2M ,调节平面镜1M 背后的三个微调螺丝,使由1M 反射回来的一组光点象中的最亮点返回激光器中,使平面镜1M 和2M 大致垂直。 (4)观察由平面镜1M 、2M 反射在观察屏上的两组光点象,再仔细微调1M 、2M 背后的三个调节螺丝,使两组光点象中最亮的两点完全重合。 (5)在光源和分光板1G 之间放一扩束镜,则在观察屏上就会出现干涉条纹。缓慢、细心地调节平面镜2M 下端的两个相互垂直的拉簧微调螺丝,使同心干涉条纹位于观察屏中心。 ② 在测量He-Ne 激光波长时要注意:眼睛不要正对着激光束观察,以免损伤视力。 【思考题】 1.迈克耳孙干涉仪观察到的圆条纹和牛顿环的圆条纹有何本质不同? 答:迈克尔逊干涉仪观察到的圆条纹是等倾干涉条纹,且条纹级次中心高边缘低;而牛顿环的圆条纹为等厚干涉条纹,条纹级次是中心低边缘高。

迈克耳孙干涉仪的调节和使用

实验20 迈克耳孙干涉仪的调节和使用 实验目的 1、 掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法; 2、 调节和观察迈克尔逊干涉仪产生的干涉图,加深对各种干涉条 纹特点的理解; 3、 应用迈克尔逊干涉仪测定钠光和He-Na 激光的波长。 实验仪器 迈克尔逊干涉仪 钠光源 激光源 实验原理 迈克耳孙干涉仪主要由两个相互垂直的全反射镜M 1、M 2和一个 45放置的半反射镜p 1组成,如图1所示,从光源S 来的光在p 1的半 反射面上被分成反射光(1)和透射光(2),两束光的强度近似相等。光束(1)射向M 1镜,反射折回通过p 1;光束(2)通过p 2射向M 2镜,反射后再通过p 2射至p 1的半反射面处再次反射。最后这两束相干光 在空间相遇产生干涉。用屏或眼睛在E 处可以观察到它们的干涉条纹。p 2是为了消除光束(1)和光束(2)的光程不对称而设置的,它 与p 1有相同的厚度和折射率,它补偿了(1)、(2)两光束的附加光程 图1 差,称为“补偿板”。 由于从M 2返回的光线在分光板p 1第二面上反射,使M 1附近形成 一平行于M 1的虚像'2M ,因而光在迈克尔逊干涉仪中自M 1和M 2的反 射,相当于自M 1和'2M 的反射。由此可见,在迈克尔逊干涉仪中所产 生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。 实验中采用不同的光源会形成不同的干涉情况,即有“定域干 涉”和“非定域干涉”。 1.当光源为单色点光源时,它发出的光被p 1分为光强大致相同的

两 图2 束光(1)和(2),如图2所示。其中光束(1)相当于从虚像's 发 出,再经过M 1 反射,成像于'1s ;光束(2)相当于从虚像's 发出,再经过'2M 反射成像于'2s ('2M 是M 2关于p 1 所成的像)。因此,单色点光源经过迈克耳孙干涉仪中两反射光,可看作是从'1S 和'1S 发出的 两束相干光。在观察屏上,'1S 于'2S 的连线所通过0P 的程差为2d ,而 在观察屏上其他点P 的程差为2dcosi (其中d 是1M 与'2M 的距离,i 是光线对1M 或'2M 的入射角)。因而干涉条纹是以0P 为圆心的一组同 心圆,中心级次高,周围级次低。若M 1与M 2的夹角偏离 90,则干涉条纹的圆心可偏出观察屏外,在屏上看到弧状条纹;若偏离更大而d 又很小,无论干涉条纹形状如何,只要观察屏在'1S 与'2S 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”。 图3 2.如果改用单色面光源照明,情况就不同了,如图1所示。由于面光源上不同点所发出的光是不相干的,若把面光源看成许多点光源

14迈克尔孙和法珀两用干涉仪的调节和使用实验报告

大连理工大学 大学物理实验报告 院(系)材料学院专业材料物理班级 0705 姓名童凌炜学号 5 实验台号 实验时间 2009 年 05 月 08 日,第11周,星期五第 5-6 节 实验名称迈克尔孙和法珀两用干涉仪的调节和使用教师评语 实验目的与要求: 1,了解迈克尔孙干涉仪的构造 2,非定域条纹观察和调节,以及激光波长的测量 3,定域条纹观察和调节,以及钠光波长的测量 4,白光干涉条纹的调整 5,测空气的折射率 6,测量透明介质薄片的折射率 7,观察多光束干涉现象 主要仪器设备: SGM-2型干涉仪 由迈克尔孙和法珀干涉仪一体化组装而成,基本 结构如右图所示 实验原理和内容: 1,迈克尔孙干涉仪的光路 迈克尔孙干涉仪是一种分振幅双光束的干涉仪,光路如右图所示。入 射光S到达分光板G1后分为两束,即反射光I和透射光II;如果成绩教师签字

入射角为45°时, 光I 和II 相互垂直, 且分别垂直射到反射镜M1和M2上; 经反射后的两束光重新在G1的半反射膜上汇聚成一束光从E 方向射出。 补偿镜G2的作用是保证两束光的光程完全相同。 2, 干涉条纹的图样 如上图所示, 可以将M2的像作到M1的平行位置M2’, 那么干涉图样的分析, 就变为基于M1和M2’之间的空气层的干涉分析。 , 点光源照明——非定域干涉条纹 激光束射向干涉镜的光可视作点光源, 图中S1和S2’是点光源相对于M1和M2’的虚像, 这两个虚光源发出的球面光波在相遇空间都可以发生干涉, 因而在这个光场中任何位置放置毛玻璃屏都可以接收到干涉条纹, 因而称之为非定域干涉。 当M1和M2’非平行时, 发生的是等厚干涉, 观察到为平行条纹; 平行时, 发生的是等倾干涉, 观察到为同心椭圆或双曲线形干涉条纹。(光路图如上页所示) 非定域同心圆条纹的特性分析如下: 两虚光源S1和S2’到接受屏上任意一点P 的光程差均为P S P S L 12'-=?, 当偏心距r 很小时(如 上光路图所示), 可以对一些小量做出忽略, 可以认为光程差)21(222z r d L -=?。 显然, 当光程差为波长的整数倍时候, 对应的是亮条纹, 此时λk z r d L =-=?)21(222 同时可以得出, 干涉条纹的级次从外向圆心递增。

迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告

迈克耳孙干涉仪的调节与使用实验报告 实验十四 迈克耳孙干涉仪的调节与使用 迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙(A 、A 、 MiChelSon)与英合作者曾用此仪器进行了 “以太漂移”实验、标龙米尺及推断光谱精细结 构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于"以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对 论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长 2=643、84696nm)就是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。她定 义 Im=I553164、13镉红线波长,精度达到10勺,这项工作对近代i ∣崔技术的发展作岀了重要 贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结 构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍 然就是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1、 学习迈克耳孙干涉仪的原理与调Yj 方法。 2、 观察等倾干涉与等厚干涉图样。 3、 用迈克耳孙干涉仪测左He-NC 激光朿的波长与钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪.He-Nc 激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪就是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光 路图如图7-1所示。 S-激光束:L-扩束镜G-分光板G-补偿板M 、M2- 反射镜:E-观察屛。 图7-1迈克耳孙干涉仪光路图 从氨筑激光器发出的单色光£,经扩束镜厶将光束扩朿成一个理想的发散光朿,该光朿射 到与光束成45。倾斜的分光板Gl 上,G ∣的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分 成强度大致相同的反射光(1)与(2)。这两朿光沿着不同的方向射到两个平而镜Ml 与M 2±, 经两平而镜反射至Gl 后汇合在一起。仔细调肖Ml 与M2,就可以在E 处观察到干涉条纹。

迈克耳孙干涉仪的调整和使用

实验4.7 迈克耳逊干涉仪的调整和使用 迈克耳逊干涉仪在近代物理和计量技术中有着广泛的应用。例如,可用它测量光波的波长、微小长度、光源的相干长度,用相干性较好的光源可对较大的长度作精密测量,以及可用它来研究温度、压力对光传播的影响等等。 4.7.1实验目的 1.了解迈克耳逊干涉仪的特点,学会调整和使用它; 2.学习用迈克耳逊干涉仪测量单色光波长及薄玻璃片厚度的方法。 4.7.2仪器简介 随着应用的需要,迈克耳逊干涉仪有多种多样的形式,其基本光路如图4.7.1所示。图中S 为光源,A 、B 为平行平面玻璃板,A 称为分束镜,在它的一个表面镀有半反射金属膜M ,B 称为补偿板。C 、D 为互相垂直的平面镜。A 、B 与C 、D 均成45?角。 从面光源S 发出的一束光,在平行平面玻璃板A 的半反射面M 上被分成反射光束1和透射光束2。两束光的光强近似相等。光束1射出A 后投向C 镜,反射回来再穿过A ,光束2经过B 投向D 镜,反射回来再通过B ,在膜面M 上反射。于是,这两束相干光在空间相遇并产生干涉,通过望远镜或人眼可以观察到干涉条纹。 补偿板B 的作用是补偿第一束光线因在A 板中往返两次所多走的光程,使干涉仪对不同波长的光可同时满足等光程的要求。因此A 、B 两板的折射率和厚度都应相同,而且二者应相互平行。为了确保它们的厚度和折射率完全相同,在制作时将同一块平行平面玻璃板分割为两块,一块作分束镜,一块作补偿板。 迈克耳逊干涉仪的结构如图4.7.2所示。一个机械台面4固定在较重的铸铁底座2上,底座上有三个调节螺钉1,用来调节台面的水平。在台面上装有螺距为1毫米的精密丝杠3,丝杠的一端与齿轮系统12相连接,转动手轮13或微动鼓轮15都可使丝杠转动,从而使骑在丝杠上的C 反射镜6沿着导轨5移动。C 镜的位置及移动的距离可从装在台面3一侧的毫米标尺(图中未画出)、读数窗11及微动鼓轮15上读出。手轮13分为100分格,它每转过1分格,C 镜就平移1/100毫米(由读数窗读出)。微动鼓轮15每转一周,手轮随之转过1分格。鼓轮又分为100格,因此鼓轮转过1格,C 镜平移10-4毫米,这样,最小读数可估计到10-5毫米。D 镜8是固定在镜台上的。C 、D 二镜的后面各有三个螺钉7,可调节镜 图4.7.1 迈克耳逊干涉仪光路示意图 图4.7.2 迈克耳逊干涉仪的结构图

相关文档
最新文档