迈克尔孙干涉

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1、工程光学(1)实验报告实验名称迈克尔逊干涉仪的调整和使用班级：******姓名：******学号：******实验日期：******成绩：目录摘要11实验名称22实验目的23实验仪器24实验原理24.1迈克尔逊干涉仪的光路24.2单色点光源的非定域干涉条纹34.3迈克尔逊干涉仪的机械结构45实验主要步骤55.1迈克尔逊干涉仪的调整55.2点光源非定域干涉条纹的观察与测量56实验数据处理66.1实验数据记录66.2用逐差法处理数据66.3计算不确定度67误差来源分析78实验经验总结88.1对d的值选取问题88.2起始位置的选取88.3调节技巧88.4干涉图样不圆整、不规则89实

2、验的改进方案99.1实验计数系统改进99.2激光器的改进910实验感想与收获1011对本学期基础物理学实验的体会和建议10摘要通过迈克尔逊干涉仪观察光的分振幅干涉现象，采集数据并进行处理，计算出所测激光的波长，并对计算结果的不确定度进行仔细的分析。根据实验数据对误差来源进行了定量分析，同时总结了实验仪器调节的经验与方法。最后，根据自身的实验经历对实验的改进提出建设性的意见。关键词：迈克尔逊干涉；波长；误差；实验改进。101实验名称迈克尔逊干涉仪的调整和使用2实验目的1. 了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节方法；2. 观察等倾干涉、等厚干涉现象；3. 利用迈克尔逊干涉仪测量H

3、e-Ne激光器的波长。3实验仪器迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器，小孔，扩束镜，毛玻璃。4实验原理4.1迈克尔逊干涉仪的光路图1迈克尔逊干涉仪的光路图2点光源非定域干涉迈克尔逊干涉仪的光路如图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的半反射膜处反射，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M1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，其材料及厚度与G1完全相

4、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可以在精密导轨上前后移动，以改变两束光之间的光程差。M1，M2的背面各有3个螺钉用来调节平面镜的方位。M1的下方还附有2个方向相互垂直的拉簧，松紧它们，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G1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M210与M1’之间的空气膜所产生的干涉花纹一样。若M1’与M2平行，则可视作折射率相同、厚度相同的薄膜（此时的为等厚干涉）；若M1’与M2相交，则可视作折射率相同、夹

5、角恒定的楔形薄膜。4.2单色点光源的非定域干涉条纹单色点光源的非定域干涉如图2所示，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处观察的观察者来说，由于M2的镜面反射，S’点光源如处于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处的观察者，点光源S如处于S1’位置处。所以E处的观察者多观察到的干涉条纹，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，都可以见到干涉花样，所以这一干涉是非定域干涉。如果把观察屏放在垂

6、直与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’的连线与屏的交点E。设在E处（ES2’=L）的观察屏上，离中心E点远处有某一点P，EP的距离为R，则两束光的光程差为(1)L>>d时，展开上式并略去d2/L2，则有(2)式中，φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为(3)由上式可见，点光源非定域圆形干涉条纹有如下几个特点：①当d、λ一定时，φ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环。②当d、λ一定时，如φ=0，干涉圆环就在同心圆环中心处，其光程差Δλ=2d为最大值，根据明纹条件，其k也是最高级数

7、。如φ≠0，φ角越大，则cosφ越小，k值也越小，即对应的干涉圆环越往外，其级次k也越低。③当k、λ一定时，如果d逐渐减小，则cosφ将增大，即φ角逐渐减小。也就是说，同一k级条纹，当d减小时，该级圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩（吞）；如果d逐渐增大，同理，看到的现象是干涉圆环外扩（吐）。对于中央条纹，若内缩或外扩N次，则光程差变化为2Δd=Nλ。式中,Δd为d的变化量，所以有10(4)①设φ=0时最高级次为k0，则(5)同时在能观察到干涉条纹的视场内，最外层的干涉圆环所对应的相干光的入射角为φ