自组迈克尔逊干涉仪.doc

中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：
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自组迈克尔逊干涉仪及其应用

【实验目的】
1．组装并调节迈克耳逊干涉仪，观察点光源产生的非定域干涉条纹。
2．观察干涉条纹反衬度随光程差变化，了解光源相干长度的意义。
3．检查防震实验台的稳定性。
4.测量空气的折射率。
M1
【实验原理】
M2′

仪器基本原理
G
具有最简单形式的迈克耳孙干涉仪如图1所示。从
点光源S发出的光束，被精制的厚度和折射率均匀的玻
S
璃板（分束器）G分成两路，射向互相垂直的两个平面
镜M1和M2。被平面镜反射后，又回到分束器有镀膜的
半反射面。在这两束光形成的干涉场内产生的是非定域
干涉条纹，用毛玻璃屏FG接收。
设M2′是M2在G中的虚像。可以认为，FG接收
到的干涉图样是M1和M2′之间的空气膜上下面的反射
光相干产生的。如图2所示，二束光的光程差为：
（1—1）
不同倾角的入射光相干产生明暗相间的圆环。产生明条纹条件是：
（1—2）
产生暗条纹条件是：
（1—3）
d
A
B
C
D
i
i
M2
M1
图2薄膜干涉光路图
2、测量空气折射率
如果在图1的M1和G之间放置一个能够控制充、放
气的气室，若气室内空气压力改变了，折射率改变了
，使光程差增大，就会引起干涉条纹N个环的变化。
设气室内空气柱长度为l，则空气的折射率有如下计算公式：
（1—4）

3、条纹的反衬度和相干长度
干涉条纹的反衬度定义为：
（1—5）
【实验装置】
实验装置如图3所示：
1：He-Ne激光器L11：气室AR
2：激光器架（SZ－42）12：二维调节架（SZ－19）
3：二维架（SZ－07）13：二维平移底座（SZ－02）
4：扩束器BE14：二维架（SZ－07）
5：升降调节座（SZ－03）15：平面镜M1
6：三维平移底座（SZ－01）16：二维平移底座（SZ－02）
7：分束器BS17：二维平移底座（SZ－02）
8：通用底座（SZ－04）18：平面镜M2
9：白屏H19：二维架（SZ－07）
10：干版架（SZ－12）20：升降调节座（SZ－03）

图3实验装置图
【实验内容】
1．将各器件固定好，靠拢，调等高；
2.调激光光束平行于台面，按图5所示，组成迈克耳孙干涉光路；（先放置扩束透镜，再放置
准直透镜，调节好平行光之后再放置分光镜）
3．调节分光镜、反射镜M1和M2的倾角，直到屏上出现一系列干涉圆环；
5．紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa）为止，记为△p；
6．缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N，至表针回零；
7．计算实验环境的空气折射率

其中激光波长λ和气室长度l为已知，环境气压p从实验室的气压计读出。本实验应多次测量，
干涉环变化数可估计出一位小数。（自己设计数据表格，测五次数据）
8．轻轻敲击台面或在附近地面上跳动，走动，从条纹变动的幅度及衰减速度来评定平台的防震性能。
【注意事项】
1、不得用手或硬物触摸各种光学元件的表面，若有异物，必须请老师处理；
2、爱护光具架，仪器移动时手握底座，不得抓住支杆移动元件；
3、防止振动，耐心操作，严禁强扳硬旋。
【数据记录及处理】
计算空气折射率
实验中测量的数据如下表表1所示
表1测量空气折射率数据记录
次数12345N6870726970P/kpa40L/cm20其中λ=632.8nm
N的平均值：
条
所以空气折射率n的值为：

实验误差分析：
在读数干涉条纹变化时由于条纹变化过快可能会有读数误差；
测量气筒长度l时会存在一定误差；
气压变化值40kpa由于器材和实际操作中的影响可能不够精确，影响最终实验结果。
2、防震台的稳定性观察
轻轻敲击台面时条纹会有一定的变化幅度的变化，而且衰减速度会受到一定影响，在附近走动时上述影响较小，所以平台的防震性能还可以，可以接受在这样的平台上的实验结果。
【思考题】
本实验能否使用白炽灯做光源？
不能，因为白炽灯光源不为单色光源，其中包含各种频率的光线，所以很难形成干涉条纹。
如果使用白光做光源，要精确测量空气折射率，实验装置需要增添哪些元件？测量过程中有什
么特殊要求？
可以用干涉滤光片让白炽光的特定波长的光线透过进而得到相对的单色光，其次需要在分光镜后面放一补偿板，使两光束在玻璃中走过的光程一样；测量过程
中应保持补偿板与分光镜严格平行且等厚。
【实验总结】
本次试验最重要的是进行光路的调节，为了能更快、更容易观测到干涉条纹，在实验时就必须保证每加入一个仪器，激光都是水平的，反射镜与分束镜的距离也要尽可能短，同时两者之间也得能够放入气室。将光路调好之后，观察到较好的实验现象，就能够进行数据的测量，空气折射率的测量所用方法也很巧妙，启示我们：为了测量一个未知量，需要