迈克尔逊干涉仪实验报告数据处理Word下载.docx

1、因为分束板的加入，使其中一路光束比另一光束附加了一定的光程。所以加入与分束板厚度相同的补偿板来补偿这部分光程差。2.5、如何设计一个实验，利用迈克尔逊干涉仪测玻璃的折射率？以白光发生干涉现象时，确定零光程处。测定在光路中加入玻璃与否，白光产生干涉时M2镜移动的距离。再根据所加入玻璃的厚度，计算出玻璃的折射率。2.6、试根据迈克尔逊干涉仪的光路，说明各光学元件的作用，并简要叙述调出等倾干涉、等厚干涉和白光干涉条纹的条件及程序分束板：将光束分为两路光束。补偿板：补偿因分束板产生的光程差。粗调螺丝：调节使其与M1镜大致垂直。细调拉丝：精密调节M2镜的方位，使使其与M1M2镜的方位，镜严格垂直。鼓轮：

2、调节M2镜的位置，使光学腔的厚度改变。等倾干涉：光学腔应严格平行。等厚干涉：此时光学腔为披肩状。白光干涉：零光程处附近。 2.7、如何利用干涉条纹“吞”、“吐”现象，测定单色光的波长?数一定量的“吞”或“吐”，再根据公式?2?N计算。 2.8、在根据干涉条纹视见度周期变化的规律测定钠双线波长差的方法中，你是如何理解视 见度的变化规律？因为双波长产生明暗条纹的位置有一定的差异，当双波长的明条纹正好重合时，此时的视见度最大。而当一波长的明条纹与另一波长的暗条纹重合，此时的视见度最小。所以视见度是周期变化的。2.9、试总结迈克尔逊尔涉仪的调整要点及规律调整要点：1、粗调时，尽量使两像点重合在一起，为

3、后面的细调节省时间。2、细调时，朝吞吐减少的方向调，需耐心及细心。3、鼓轮测量前须调零，且朝同一方向调节，以免产生空回误差。4、做白光干涉实验，调粗调鼓轮，使干涉条件不断地在吞，此时即为向零光程位置调节。2.10、在观测等倾干涉条纹，使M1与M2逐渐接近时，干涉条纹将越来越疏，试描述并说明在零光程处所观察到的现象零光程处，两反射镜产生的光学腔重合。此时相当于一个反射镜，不会产生干涉条纹。观察到的现象应为一片明亮。篇二：“迈克尔逊干涉仪”实验报告“迈克尔逊干涉仪”实验报告【引言】迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊（A.A.Michelson）发明的。1887年迈克尔逊和莫雷（Morley）否定

4、了“以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。迈克尔逊用镉红光波长作为干涉仪光源来测量标准米尺的长度，建立了以光波长为基准的绝对长度标准，即1m=1 553 16413个镉红线的波长。在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。【实验目的】（1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。 （2）测量光波的波长和钠双线波长差。【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光

5、器、钠光灯、扩束镜【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪结构原理图1是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。 2.可动全反

6、镜移动及读数 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为：. （mm）（1）在mm刻度尺上读出。 （2）粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，由读数窗口内刻度盘读出。（3）微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即可动全反镜移动0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。由微动手轮上刻度读出。 注意螺距差的影响。 3.He-Ne激光器激光波长测试原理及方法 光程差为： ?2dcos?k?（明纹）?（2k?1）?2（暗纹） 当=0时的光程差最大，即圆心所对应的干涉

7、级别最高。转动手轮移动M1，当d增加时，相当于增大了和k相应的角（或圆锥角），可以看到圆环一个个从中心“冒出” ；若d减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M1与M2之间距离变化了半个波长。若将M1与M2之间距离改变了d时，观察到N个干涉环变化，则 或 2?dN由此可测单色光的波长。4.钠双线波长差的测量原理和测量方法从条纹最清晰到条纹消失由于M1移动所附加的光程差：Lm?k?（k?1 2）?钠双线波长差:2Lm Lm是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M1所移动的距离。 【实验内容】 1.测He-Ne激光的波长（1）激

8、光直接照射到分光板中部，调整调节螺丝使观察屏上的最大最亮的2个反射点严格重合。（2）放入扩束镜,使光斑均匀地射到分光板上，调节拉簧螺丝，使屏上出现的圆环的圆心移动到观察屏中央。（3）调节微调鼓轮向一个方向转动几圈，当看到观察屏上有条纹吞吐了,记录M1的初试位置d1。（4）继续转动微调鼓轮，每吞吐50个条纹记录一次M1的位置, 连续记录8组数据。 2.测钠光的双线波长差 （1）点亮钠光灯，使光源与分光板等高并且位于分光板和M2镜的中心连线的延长线上。转动粗调手轮，使M1和M2至G1的距离大致相等。（2）取下并轻轻放置好观察屏，直接用眼睛观察。仔细调节M2后面或下方的调节螺丝，应能看到钠光的等倾条

9、纹。（3）转动粗调手轮，找到条纹变模糊位置，调好标尺零点。用微调手轮继续缓缓移动M1，同时仔细观察至条纹反衬度最低时记下M1的位置。随着光程差的不断变化，按顺序记录六次条纹反衬度最低时M1的位置读数。相邻两次读数差等于Lm的值。公6328A ，E?公?公65636328100?100?3.7 。63282.测钠光的双线波长差5893A ，Lm1?Lm2?Lm30.86860+0.87229+0.92157-3-36m?=?10m =0.29580?10m=2.9580?10A589325.87A 。 62m2?2.9580?100?5.97A ，?1005.875.975.971.7 。1、迈

10、克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。切勿用手触摸镜片。2、调测微尺零点方法：先将微调鼓轮沿某一方向（按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度，以后测量时使用微调鼓轮须向同一方向旋转。 3、微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。 4、用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。【预习思考题】（1）说明迈克尔逊干涉仪各光学元件的作用，并简要叙述调出等倾干涉条纹的方法及注意事项。在迈克尔逊干涉仪光路图中，分光板G1将光线分成反射与透射两束；补偿板G2 使两束光通过玻璃板的光程相等；定镜M和动镜M分别反射

11、透射光束和反射光束；凸透镜将激光汇聚扩束。/要获得等倾干涉条纹花样，就必须使M和M2 （M2 的虚像）相互平行，即M 和M2 相互垂直。另外还要有较强而均匀的入射光。调节的主要程序是： 用水准器调节迈氏仪水平；目测调节激光管（本实验室采用激光光源）中心轴线，凸透镜中心及分束镜中心三者的连线大致垂直于定镜M 。 开启激光电源，用纸片挡住M ，调节M背面的三个螺钉，使反射光点中最亮的一点返回发射孔；再用同样的方法，使M 反射的最亮光点返回发射孔，此时M 和M2 基本互相平行。 微调M 的互相垂直的两个拉簧，改变M 的取向，直到出现圆形干涉条纹，此时可以认为M 与M 已经平行了。同方向旋动大、小鼓轮

12、，就可以观察到非定域的等倾干涉环纹的“冒”或“缩”。 注意事项：迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。调测微尺零点方法： 微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。 用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。（2）如何利用干涉条纹的“冒出”和“缩进”现象，测定单色光的波长？每“冒出”或“缩进”一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M与M12之间距离变化了半个波长。若将M与M之间距离改变了d时，观察到N个干涉环变化，12则篇三：迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有

13、着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。 关键词： 迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率；一、引言【实验背景】迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生

14、等倾干涉条纹，主要用于长度和折射率的测量。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具； 它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。 【实验目的】1掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法； 2了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律； 3测量空气的折射率。 【实验原理】（一） 迈克尔逊干涉仪M1、M2是一对平面反射镜，G1、G2是厚度和折射率都完全相同的一对

15、平行玻璃板，G1称为分光板，在其表面A镀有半反射半透射膜，G2称为补偿片，与G1平行。当光照到G1上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到M1，经M1反射后，透过G2，在G1的半透膜上反射到达E；反射光2射到M2，经M2反射后，透过G1射向E。两束光在。玻璃中的光程相等。当观察者从E处向G1看去时，除直接看到M2外还可以看到M1的像M1?反射来的，?M2于是1、2两束光如同从M2与M1因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1间形成的空气薄膜的干涉等效。 （二）干涉条纹 1. 等倾干涉与M2严格平行。对于入射角为?的光线， M1?与M2反射光的调节M1和M2,使M12d2dtan?sin? cos

16、?d为M1?和M2的间距。由上式，可以得到产生明暗条纹的条件 k?arccos,?2d?arccos（2k?,?4d?其中k?0,1,2?，为整数。明条纹 暗条纹 d变化过程中缩进或冒出的条纹数可以定量表示为： 其中?N为缩进或冒出的条纹数，?d为距离d的改变量。2. 等厚干涉与M2有一定的交角时，?与M2交当M1两镜所在的平面之间会有一个交线。考虑与M1线距离为a处以?角入射的光束，该光束经过两镜片反射产生的光程差为2atan?cos?atan?2 若a、?与?都很小，以致atan?时，光程公式可以近似为?，此时将产生等厚干涉条纹。 （三）利用干涉条纹测量空气折射率 用激光器做光源，将内壁长

17、为 l 的小气室置于迈克尔逊干涉仪光路中，固定在反射镜M1前。调节干涉仪，获得适量等倾干涉条纹之后，向气室里充气，再稍微松开阀门，以较低的速率放气的同时，计数干涉环的变化数?m，以及相应的气压变化值?P，可得气压为P时的空气折射率为n?1?本实验是在光学面包板上完成的。m2L?PP主要部件包括分光板、两个反射镜M1、M2。其中M1为动镜，装在一个位移台上，两个聚焦透镜，一个用作扩束镜，一个用于放大激光的干涉条纹以便于观察。光源包括半导体激光器（波长635nm）与钠光灯两种。在装有动镜的位移台上，还固定有两块一面镀膜的玻璃板，这是用作法布里-珀罗干涉仪的主要部件。分光板、聚焦透镜等可以通过支持棒

18、和底座安装光学面包板上，也可以通过叉式压板固定在光学面包板上。激光形成的干涉条纹可以通过接收屏观测。另备有气室及气压计，用于测定空气折射率。二、实验过程【实验内容】 1干涉条纹的观察使用氦氖激光器作为光源，按要求安装仪器。将分光板、固定镜、动镜以及接收屏安装在光学面包板上，可先不安装聚焦透镜。注意安装时初步估算光程，使两束光的光程大致相等，调节各镜片等高共轴。各部分安装好后，通过各个镜片的小螺丝进行微调，要求激光发出的光束与动镜垂直，与分光板成45角，经过分光板反射的光与固定镜垂直。安置好仪器，调节后角度后两束光在屏上的光点应该重合，这时，在激光器前面加上聚焦透镜即可在屏上看到干涉条纹。仔细调

19、节平面镜，逐步把干涉环的圆心调到视场中央，即可获得等倾干涉条纹图样。转动测微螺旋改变两个平面镜之间的位置，观察并记录条纹的变化情况。转动测微螺旋，使动镜向条纹逐一消失与环心的方向移动，直到视场内条纹极少时，仔细调节平面镜，使其少许倾斜，转动测微螺旋，是弯曲条纹向圆心方向移动，可见陆续出现一些直条纹，即等厚干涉条纹。转动测微螺旋改变两个平面镜之间的相对位置，观察并记录条纹的变化情况。 2测量激光的波长取等倾干涉条纹的清晰位置，记下测微螺旋读数d0，沿此前方向转动测微螺旋，同时默数冒出或消失的条纹，每50环记一次读数，直测到第250 环为止，用逐差法计算出d。由下式计算激光的波长，并与理论值比较：

20、N 注意：测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。即d应为测微螺旋移动距离乘以0.1。3测量空气折射率测量时， 利用打气球向气室内打气， 读出气压表指示值P1，然后再缓慢放气， 相应地看到有条纹缩进或冒出。当缩进或冒出 ?m?15个条纹肘， 记录气压表读数P2值。然后重复前面的步骤， 共取6 组数据。 求出对应的气室内压强变化值的平均值?P?P1?P。 2实验中使用的为表压式气压计，即测量的是与大气压之差。大气压可取 1.0133105 Pa。实验用的气室长度为10.0cm。注意，使用完毕后，请松开充气阀门，气室内长时间存放高压气体会损坏压力表。【实验方法和技术】 注意事项：1

21、. 测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。 2. 气室使用完毕后，请松开充气阀门，气室内长时间存放高压气体会损坏压力表。【实验结果的分析和结论】1. 利用迈克尔逊干涉仪测量的数据，计算氦氖激光器的波长，并与理论值比较，计算相对误差。表格 1 迈克尔逊干涉仪测量激光器波长数据表利用逐差法：l?16.280?16.130?15.970?15.805?15.650?15.4800.1606mm32测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。l0.01606mm 10N为缩进或冒出的条纹数，本次实验每50环记一次读数。N=50642.4nm ?本次实验采用半导体激光器，理

22、论波长为635nm。 相对误差? 原因分析：1） 干涉是否为严格的等倾干涉影响实验数据精确度。严格的等倾干涉要求移动反射镜镜面M1和虚反射镜镜面M2严格平行。当两镜不平行642.4?635635100%?1.17%的时候,形成的干涉条纹就不是等倾干涉,而是等厚干涉,而且不是同心圆环。当不是等倾干涉条纹的时候,就会对波长的计算产生误差。2）读数误差。肉眼判断缩进或冒出的条纹，数条纹数时，读测微螺旋示数时会产生随机误差。2. 计算在标准大气压下空气的折射率，并与理论值比较，计算相对误差。15, P?1.0133?105Pa, L?10.0cm，?P 2?18.3kPa经计算得 n?P?1.0002

23、64经查得，空气折射率理论值 n?1.000278 相对误差?误差分析：人为因素包括测量误差，测量小气室内的压强值，读数时等稳定后再读数。环境因素包括 压强、温度、湿度等。气体的折射率跟压强的大小有关，气体的折射率会随着压强的变化而变化。同时，气体的折射率还与温度有关。【实验遇到的问题及解决的方法】 1. 仪器安装完毕，但没有干涉现象。 有多种可能的情况。1）两个光点重合，但没有干涉现象。两束光的没有达到等光程的要求，可能是由于激光在传播过程中不在同一水平面上，可以通过反复调节光阑来调节。调节光阑的位置，在近距离的位置调节光阑使光线通过恰好通过光阑，观察光线是否还是恰好通过光孔。2）未加聚焦透镜前两光点重合，加聚焦透镜后重合点消失。可能因为光线未通过透镜的中心而发生折射造成光路偏折。3）两个镜面并没有完全垂直。在安装仪器的过程中，每个仪器应尽量保证光路通过仪器的中心，令光点的重合。2. 当用非单色光（比如白光）作为迈克尔逊干涉仪的光源时，为什么就必须加补偿片？非单色光不同色光的折射率不同、波长不同，通过调节M1、M2的位置不能达到等光程1.0002780.0014%1.000278