迈克尔逊干涉仪的调节和使用.doc

姓名：_xxx学号：_xxxxxx_
实验名称：迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验时间：2012年4月19日_
【实验目的及要求】
1.了解迈克尔逊干涉仪的结构及特点、学会调节和使用方法；
2.调出面光源的等倾条纹，观察其特点，掌握条纹随动臂的变化规律；测量钠D双线的平均波长及波长差，加深对时间相干性的理解；
3.调出点光源非定域条纹，并测量激光源的波长；了解观察复色白光的零级等厚条纹和面光源的等厚干涉条纹．
【仪器及用具】
迈克尔逊干涉仪，钠灯，毛玻璃屏，扩束镜，孔屏，He-Ne激光器，低压汞灯，叉丝，干涉滤光片。
【实验原理】
单色光波长的测定
用波长为λ的单色光照明时，迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M1和M2反射的两列相干光波的光程差为：
(8-1)
其中i为反射光1在平面镜M２上的入射角．对于第k条纹，则有
(8-2)
当M1和M2′的间距逐渐增大时，对任一级干涉条纹，例如级，必定是以减少的值来满足(8-2)式的，故该干涉条纹间距向变大(值变小)的方向移动，即向外扩展．这时，观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”，且每当间距增加时，就有一个条纹涌出．反之，当间距由大逐渐变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心，且每向中心陷入一个条纹，间距的改变必为．
因此，当M1镜移动时，若有N个条纹陷入中心，则表明M1相对于M2移近了
(8-3)
反之，若有N个条纹从中心涌出来时，则表明M1相对于M2移远了同样的距离．如果精确地测出M２移动的距离，则可由(8-3)式计算出入射光波的波长．
【实验步骤】
等倾干涉现象的观察及钠光D双线平均波长的测定
1.点燃钠光灯，使之经过装有叉丝的毛玻璃屏照射分光板G1，且叉丝与分光板G1、平面镜M2等高共轴．转动粗调手轮，使M2镜距分光板G1的中心与M1镜距分光板G1的中心大致相等．
2.眼睛透过G1直视M1镜，可看到3个叉丝像．细心调节M1镜后面的3个调节螺钉，使两个叉丝像重合，如果难以重合，可略微调节一下M2镜后的3个螺钉．当两个叉丝像完全重合时，将看到有明暗相间的干涉环，再细调平面镜后的螺钉，使条纹成圆形．若干涉环模糊，可轻轻转动前方粗调手轮，使M1镜移动一下位置，干涉环就会出现．
3.再仔细调节M2镜的2个拉簧螺丝，直到把干涉环中心调到视场中央，并且使干涉环中心随观察者的眼睛左右、上下移动而移动，但干涉环不发生“涌出”或“陷入”现象，这时观察到的干涉条纹才是严格的等倾干涉．
4.测钠光D双线的平均波长．先调仪器零点，方法是：将微调手轮沿某一方向(如顺时针方向)旋至零，同时注意观察读数窗刻度轮旋转方向；保持刻度轮旋向不变，转动粗调手轮，让读数窗口基准线对准某一刻度，使读数窗中的刻度轮与微调手轮的刻度轮相互配合．
5.始终沿原调零方向，细心转动微调手轮，观察并记录每“涌出”或“陷入”50个干涉环时，M1镜位置，连续记录6次．
6.用逐差法求出钠光D双线的平均波长，并与标准值进行比较．

【数据表格】
1、钠黄光平均波长测量数据表
条纹计数n1050100150200250动镜位置d1(mm)36.4525136.4671936.4818936.4967836.5113236.52603条纹计数n2300350400450500550动镜位置d2(mm)36.5407236.5554036.5701136.5848136.5997136.61440Δd=|d2-d1|(mm)0.088210.088210.088220.088030.088390.08837
【数据处理】
逐差法：
由公式得
即

∴
用逐差法求出的平均波长为，与标准值比较接近，说明实验比较成功。

【讨论与分析】
做实验时观察到的干涉条纹分布特点为：条纹为圆环分布，中央明亮而周围暗。
M1与M2的距离d越大，条纹间距越大，反之则越小。
实验误差来源分析：实验有时受外界环境影响比较大从而造成实验误差。也有可能是读数不精确引起的。
测量时应注意旋转微动手轮要保持单方向转动，否则会造成实验数据不正确。