用迈克尔逊干涉仪测定钠光波长.pdf

实验题目用迈克尔逊干涉仪测定钠光波长

【实验目的】

1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法.

2、用迈克尔逊干涉仪测定钠光波长.

【实验仪器】

1、迈克尔逊干涉仪(附望远镜)

2、钠灯

3、扩束透镜(附铁架)

【实验原理】

1、迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪是一种用分振幅法获得双光束干涉的精密仪器.其原理光路图、仪
器外形图如右图所示,结构示意图如左图所示.最下面的底座有三个调平螺钉支撑,
调平后可以拧紧以保持底座稳定.

、

是两面互相垂直的平面反射镜,

是不能移动的,其方位的微调可以靠水平拉簧螺丝和垂直拉簧螺丝.

装在拖板上由精密丝杆控制.可沿臂轴前后移动.两面反射镜背后都有三个调节螺丝,
用来调节镜面的方位.转动粗动手轮可改变

的位置.其移动的距离由读数窗口数字和微动手轮读数决
定．迈克尔逊干涉仪的光路

粗动手轮的分度值为

,右

侧微动手轮的分度值为

,可估读至

,两读数手轮属于涡轮窝杆传动系统.分束板

和补偿板

是两块厚度一样的平行平面玻璃板.其与臂轴成

,在

靠近

的平面上镀有半透半反膜.以便入射光在该平面上分成振幅近似相等的反射光1和
透射光2.

的作用是补

迈克尔逊干涉仪结构示意图偿1和2光路之间附加的光
程差．迈克尔逊干涉仪外形图

从扩散光源

射来的光,到达分光板

的半透半反膜后被分成两路．反射光l在

处反射后经

镜面反射,再过

最后到达

.透射光2射向

后到达

,反射后逆着入射光线返回,最后也到达

处.因两列光是同一光波分振幅得到的,是相干光,所以在

处就可观察到两列光的干涉条纹．由于2路透射光到达

处前要经分光板

的第二面反射,使得

在

附近形成一个平行于

的虚像

,两列相干光相当于来自

、

的反射,其所产生的干涉与厚度为

的空气薄膜所产生的干涉是等效的.

2、钠光波长的测量

如右图所示,当两反射镜严格垂直时,即

、

严格平行时,所产生的干涉为等倾干涉.这时,对于入射角

的光线,由

、

反射后两束光的光程差

为

式中,

为空气薄膜厚度,

为空气折射率.可见对于相同倾角的入射光线,将处于同一级干涉条纹,用眼睛在

处正对

观察,可看见一组明暗相间的同心圆等倾干涉

环,其亮纹和暗纹所满足的条件是

当

时,光程差

最大,说明等倾干涉条纹中心条纹级次最高,越偏离中心条纹的级次越低.若

、

间距减小,对任一级干涉条纹,欲保持

不变,即光程差不变,则必定以增大

值,即减小

角来满足.故干涉条纹向

变小的方向移动,即向内陷入.这时观察者看到条纹好像一个一个地陷入中心.根据

,在中心每当间距

减小

时,就有一个条纹陷入;反之当

逐渐增大,可观察到条纹好像从中心向外涌出.由于光波长较小,实验时只需缓慢转
动微动手轮,即缓慢移动

镜,使视场中有

个条纹的冒出或陷入,就可知道

移动的距离为

由迈克尔逊干涉仪上读出,故由此可测得光源波长为

【实验步骤】

1、放置好钠光灯,使光源和

、

分束板及

反射镜中心大致等高,且三者连线大致垂直于

镜,适当调节光源及扩束透镜的位置使得在

处视野可看到均匀的亮斑.

2、等倾干涉条纹的调节

①用尺子测量

、

与分束板

之间的距离,调节粗动手轮,使两距离大致相等.

②在扩束透镜和分光板之间放置笔尖,用眼睛直接观察笔尖的多个投影,调整

或

反射镜后的螺丝,使两个笔尖重合,即可观察到等倾条纹.

③调节

反射镜微调螺丝,使条纹变粗、弯曲,直至成圆环形.若条纹衬比度下降,可略微调整
丝杆,移动

反射镜,使条纹衬比度改善.

④上下左右晃动眼睛,反复细致地调整

反射镜拉簧微调螺丝,使圆环形等倾条纹大小不因观察位置而改变为止(几乎不吞吐
条纹).

⑤测量前应转动微调手轮,移动

反射镜,观察等倾条纹的变化情况.选一段合适区间,以完成测量.

3、钠光双线平均波长的测量

①转动微动手轮观察干涉条纹的”冒出”或”陷入”现象,记录干涉条纹”冒
出”或”陷入”50条相对应的

值,连续测量10组数据.

②利用所测得的数据,用逐差法求出钠光双线的平均波长.

4、实验结束,收拾仪器.

【数据处理】

1、原始数据重新列表

1049.31908625049.394630.07556

25049.33394730049.409400.07546

310049.34980835049.425020.07522

415049.36443940049.439980.07555

520049.379381045049.456920.07754

2、数据处理