用迈克尔逊干涉仪测定激光波长.docVIP

用迈克尔逊干涉仪测定激光波长 和钠光双线的波长差 姓名 学号 班级 桌 号 教 室 基教1303 实验时间 2 016年 月 日 时段 指导教师 一、实验目的 1．观察干涉条纹，考查点光源的非定域干涉、面光源的等倾、等厚干涉的形成条件、条纹特点，加深对干涉理论的理解； 2．熟悉迈克尔逊干涉仪的结构、原理、特点及调整和使用方法；学会用它测量单色光波波长及钠光双线的波长差。 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪，激光器，钠光灯。 三、实验原理（预习填写空白内容） 1．产生干涉的等效光路 迈克耳逊干涉仪所产生的干涉花样与M1、M2ˊ间的空气薄膜（厚度为d）所产生的干涉是一样的。 2．单色点光源产生的非定域干涉 非定域干涉是指： He-Ne激光光源发出的球面波先被分束镜G1分光，然后射向两个全反镜，经M1，M2ˊ反射后，在人眼观察方向就得到两个相干的球面波，在它们相遇的空间处形成非定域干涉。当M1∥M2ˊ时，和M1平行放置的观察屏上就出现同心圆条纹， 圆心在光场的中心。 两虚点光源间距是M1和M2ˊ间距d的 倍，即圆心处光程差为 。 若将屏E放在满足Z d的地方， 光程差可近似为L＝2dcosθ 当 L＝ 时形成明条纹 当 L＝ 时形成暗条纹。（式中k=0,1,2… 称为干涉级） 当θ＝0时，光程差L最大，故圆心A点对应的干涉级k最高。移动M1，若d增加，与k级相应的条纹的θ角变大，条纹沿半径外移，可看到条纹从中心“涌出”的现象。反之，条纹向中心“收缩”。每“涌出”或“收缩”一个条纹，光程差L改变 个波长。设M1移动了Δd距离相应地“涌出”或“收缩”的条纹数为N，则ΔL＝2Δd=N，即 ＝ 只要从仪器上读出M1移动的距离Δd，并数出中心“涌出”或“收缩”的条纹数N ，利用上式就能测出光源波长。 3．单色面光源产生的干涉 面光源中不同的发光点发出的光束虽互不相干，但每一个点光源发出的光束，经迈氏干涉仪后可以产生自己的干涉图样，无数点光源产生的干涉图样的叠加结果所形成的稳定可见的干涉图样由M1、M2ˊ的相对位置决定。 若光源中包含有波长相近的两种单色光。移动M1改变d，则可遇到这样情况：分束镜所分两束光的光程差恰为的整数倍而同时又为的半整数倍，即： L＝ 这时，光生成亮环的地方，恰为光生成暗环的地方。若这两列光波强度相等，则这些地方的反衬度为零，这时视场中将看不到干涉条纹。继续移动的明纹和的暗纹渐渐错开，反衬度增加。当的明纹和的明纹相重迭时，反衬度最高V＝1，此时干涉条纹最清晰。 考虑到与相差很小，故；又ΔL＝2Δd，故有： 只要知道两波长的平均值和视场中心相继两次反衬度为零M1所移过的距离Δd，就可求出两者的波长差。根据这一原理，可测量钠光D双线的波长差。 四、实验内容 1．迈克尔逊干涉仪调节（阅读教材，填写箭头指向部件的名称） 图2 迈克尔逊干涉仪 （1）利用水平调节螺钉，调节干涉仪大致水平。 （2）调节M1⊥M2，并观察非定域干涉： 首先，放松M1、M2镜背后的调节螺钉； 调节大手轮使M1镜移至50mm附近； 调节两个拉簧螺丝至中间位置，即保证向里向外都能拧； 接着，要注意调整好光路，出射激光光束应水平、与分束板成45o角； 再取下观察屏，直接向M1镜方向看过去。细心调整M1、M2镜后的调节螺钉，改变反射镜的倾度，使M1镜里两列像点中最亮的两个点完全重合。此时，看到光点闪耀跳动，并伴有干涉条纹（不清晰）。这时，大致有M1⊥M2。安上观察屏即可看到干涉条纹即点光源的非定域干涉条纹。缓慢、细心地调节M镜下端的两个拉簧螺丝，使干涉条纹呈圆形且圆心大致在视场中心。此时，基本上做到了M1⊥M2。 最后轻而缓慢地旋转粗调手轮，移动M1镜，观察干涉条纹的变化。由干涉条纹的“涌出”、“陷入”判断M1、M2ˊ间距离d的变化情况。 2．测氦一氖激光的波长 （1