“迈克尔逊干涉仪”实验报告.docx

6“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=1553164．13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G1G1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：当θ=0时的光程差δ最大即圆心所对应的干涉级别最高。转动手轮移动M1当d增加时相当于增大了和k相应的θ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：钠双线波长差: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。【数据处理】1.测He-Ne激光的波长条纹变化数N1050100150M1的位置d1(mm)33.4029533.4198733.4361933.45258条纹变化数N2200250300350M1的位置d2(mm)33.4691933.4854133.5016833.51782N=N2-N12002002002000.066240.065540.065490.065246.624×10-46.554×10-46.549×10-46.524×10-46563。2.测钠光的双线波长差条纹模糊数k12345633.0642133.3510833.6411533.9328134.2233734.562720.868600.872290.92157——————0.29580。。【注意事项】1、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。切勿用手