大学物理实验_报告实验报告23__迈克尔逊干涉实验

实验报告 迈克尔逊干涉实验 一 实验目的

1、 了解迈克尔逊干涉仪的结构； 2、 掌握迈克尔逊干涉仪的结构；

3、 观察光的等倾干涉现象并掌握波长的方法； 4、 掌握逐差法处理数据。

二 实验仪器

He-Ne激光器、扩束透镜、迈克尔逊干涉仪 三 实验原理

迈克尔逊干涉仪的光学系统如图。它由分光板G、补偿板H、定反射镜M1和动反射镜M2组成。M1和M2互相垂直，分光板和补偿板是一对材料和外型完全相同的平板光学玻璃，它们相互平行并分别和M1、、M2成大致45度夹角，分光板的次数不同引起的光程差。来自点光源（或扩展光源）的光，入射到分光板上，分为强度相同的光线“1”和光线“2”的相干光，并分别由M1和M2反射后投射到光屏上（对于扩展光源用眼睛正对着观察）产生干涉现象。由于M1和M2垂直，可以等价地看成M2的虚象和M1形成一个厚度d为的空气隙，d的大小随M2的位置改变而改变，所以两光线的光程差可由下式确定：

2dCosi （1）

式中iˊ为光线“1”对M2的入射角。当d一定时，Δ由iˊ确定，iˊ相同的方向上光程差相等，形成了等倾干涉条纹。且满足：

2dCosik k=0、1、2、3„„ （2）

呈亮条纹：

(2k1) 2dCois2 k=0、1、2、3„„ （3）

呈暗条纹。条纹呈明暗相间的同心环，这和牛顿环干涉条纹相似，但不同的是本同

心环外侧干涉级别低，越靠圆心干涉级别越高。圆心干涉级别最高。现分析一下（2）式。对于第级亮条纹，有：

k （4） 2dCosik当d增大时，为了保证（4）式仍成立ik必须也增大，即k级亮条纹往外扩大，反‘

之，减小时，ik也必须减小，k级亮条纹往内缩小。特别地考虑iˊ=0（即圆心）处。满足：

2dk （5）

时为亮条纹。那么，d增大时，中心亮条纹的级别K增大，中心往外冒出亮条纹，d减小时，中心亮条纹级别减小，亮条纹往中心收进。每当d改变出或收进一个干涉条纹。当d改变n‘

时，中心处就冒22时，中心处就冒出或收进n个干涉条纹。根

据这种现象，可以测定光波波长。

假设动镜M2原在位置D1上，现移动M2的位置，同时观察并计算中心亮条纹冒出或收进的数目，当M2移至位置D2时，相应地冒出或收进的亮条纹数目N。就有：

2D2D1

（6）

2D2D1N四、实验步骤

1、 移开扩束透镜，打开激光器电源使出射激光，调节激光方向使入射光与反射光

重合。

2、 观察由M1和M2反射到屏上或墙上的两组光点，反复调节背面三个螺丝，使

M1反射的光点和M2反射的光点一一对应重合。

3、 把扩束透镜置于激光束中使激光扩束后投射到分光板上，调节光照位置直到观

察到屏上有同心圆。

4、 转动微动手轮观察干涉图样的变化情况，顺时针或反时针转动，观察干涉图样

中心冒出或收入的情况。 五、数据记录及处理 N 10 60 110 160 210 260 310 DN(mm) 44.99455 44.97835 44.96242 44.94655 44.93072 44.91450 44.89865 M 410 460 510 560 610 660 710 DM(mm) 44.86692 44.85109 44.83525 44.81958 44.80370 44.78765 44.77175 DM-DN(mm) 0.12763 0.12726 0.12713 0.12697 0.12702 0.12685 0.12690 360 44.88280 760 44.75585 0.12695 -4-4

DMDN0.12709 ；S=2.384×10 ； SC8=4.44×10

经查0.12763是坏值，剔除它； 重新算平均值：

‘‘

；S=1.31×10-4； SC7=2.36×10-4 (DMDN)'0.12701经查0.12726是坏值，剔除它；

重新算平均值：

-4-5

(DMDN)\"0.12697 ； S″=8.93×10；S″C6=1.6×10

2(DMDN)20.12697103 无坏值，所以6.3485107(m)

N400

Δm=0.0001mm ；

uu2DMu2DN22m3

uDMDNm252S1.21310

3u(DM1.2131050.010%

0.12697(DMDN)DN)71176.3485100.010%7100.000710m uu6.34850.0007107m0.010%

六 注意事项

1、 使用干涉仪时不要使工作台震动； 2、 切勿用手或其他物品触摸其光学表面； 3、切勿正对着光学表面讲话。