迈克尔逊干涉研究性实验报告.docVIP

基础物理实验研究性报告 摘要：迈克尔逊干涉仪是一种典型的用分振幅法产生双光束以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。实验书上所显示的调节方法仅至于仔细调节的两个微调拉簧，直至眼睛上下，左右晃动时，干涉条纹中心无吞吐。但至此仅仅局限于两反射镜垂直，而笔者试图调整干涉仪至使移动反射镜与移动方向垂直，并且比较有无此调整后实验的不确定度差异。 关键词：分振幅法；迈克尔逊干涉；波长；自准直原理；对比误差分析； 一、实验目的 了解迈克尔逊干涉仪的结构和调整方法； 观察等倾干涉现象； 测量氦氖激光波长。 4、探究干涉仪与反射镜移动方向不垂直带来的影响 二、实验原理 1、迈克尔逊干涉仪的 G1.和G2.是两块平行放置的平行玻璃板，它们的折射率和厚度完全相同。G1.的背面镀有半反射膜，称作.分光板。G2.称作补偿板。M1.和M2.是两块平面反射镜，它们装在与G1.成45o角的彼此互相垂直的两臂上。M2固定不动，M1可沿臂轴方向平移。 由扩展光源S发出的光束，经分光板分成两部分，它们分别近于垂直地入射在平面反射镜M1和M2上。经M1反射的光回到分光板后一部分透过分光板沿E的方向传播，而经M2反射的光回到分光板后则是一部分被反射在E方向。由于两者是相干的，在E处可观察到相干条纹。 光束自M1和M2上的反射相当于自距离为d的M1和M2ˊ上的反射，其中M2ˊ是平面镜M2为分光板所成的虚像。因此，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉与厚度为d、没有多次反射的空气平行平面板所产生的干涉完全一样。经M1反射的光三次穿过分光板，而经M2反射的光只通过分光板一次，补偿板就是为消除这种不对称性而设置的。 双光束在观察平面处的光程差由下式给定： 　　　　　Δ＝2dcosi 式中：d是M1和M2ˊ之间的距离，i是光源S在M1上的入射角。 但书本中的上述描述并没有考虑到M1与导轨是否垂直的问题，而这实际上是会带来测量误差的。 分析如下： 反射镜 M1 与反射镜 M2 的反射像 M′2 相互平行且垂直 Y 轴。 通常通过测量反射镜 M1 沿 Y 轴移动的距离 Δd 及对应的冒出或陷入干涉条纹的个数 n 来测量入射光波的波长。 这两者满足如下关系式: 2Δd = nλ 其中 λ 为入射光波的波长。 如果反射镜 M1 与反射镜 M2 的反射像 M′2 相互平行但与 X 轴成 θ 角,那么这两者满足如下关系式: 2Δdcosθ = nλ 根据方程式,显然在不考虑其它误差的情况下测量得到的波长值偏大。 ,即自准直原理。分别在平面镜上与导轨上设置参照物，调整使参照物的两个实像与虚像共线。 调整思路如下： 1.粗调. 初调反射镜 M1 与 M2 相互垂直且反射镜 M1 与其移动方向垂直。 反射镜 M1 在移动导轨上固定另一根移动反射镜 M1 ,使两根针间距较大。 通过分束板 G1 观察,同时调节反射镜 M1 背后的螺丝,直到四尖( 两尖和其在反射镜 M1 的像) 在同一直线上,那么反射镜 M1 与其移动方向就垂直了。 迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、小孔、扩束镜、毛玻璃。胶带，弯折的笔芯。 四、实验内容 ① 粗略调节激光器，使激光束水平地入射到，反射镜中部并且大致垂直于仪器导轨。 先将，背面的3个螺钉以及的2个微调拉簧均拧成半紧半松，然后上下移动，左右旋转激光器并调节激光管俯仰，使激光束入射到，反射镜的中心，并使由，反射回来的光点回到激器光束输出镜面的中点附近。 ② 调节，互相垂直。 方法：在光源前放置一小孔，让激光束通过小孔入射到，上，根据反射光点的位置对激光束方位做进一步细调。在此基础上调整，背面的3个方位螺丝钉，使最亮的光斑与小孔重合。，这时，基本垂直。 ———— 调整反射镜子M1与导轨垂直。① ①将一弯折的笔芯用胶带固定在反射镜 M1 ②在移动导轨上固定另一根③移动反射镜 M1 ,使两根针间距。 通过分束板 G1 观察M1 前后移动,同时调节反射镜 M1 背后的螺丝,直到四尖( 两尖和其在反射镜 M1 的像) 在同一直线上,那么反射镜 M1 与其移动方向就垂直了。 M1 ，所有调节仅在M2上变动。 2、干涉条纹的观察与测量 ① 将激光束用扩束镜扩束，以获得点光源。这时毛玻璃观察屏上应该出现条纹。 ② 调节镜下方微调拉簧，使毛玻璃上产生圆环状非定域干涉条纹。这时，的垂直程度进一步提高。 ③ 将另一小块毛玻璃放到扩束镜与干涉仪之间，以便获得面光源。放下毛玻璃观察屏，用眼睛直接观察干涉环，同时仔细调节的两个微调拉簧，直至眼睛上下、左右晃动时，各干涉环的大小不变，即干涉环的中心没有吞吐，只是圆环整体随眼睛一起平动。此时得到面光源定域等倾干涉条纹，说明与严格垂直。 ④ 移走小块毛玻璃，将毛玻璃观察屏放回原处，仍观察点光源等倾干涉条纹。改变 值，使条纹内扩或外缩，