迈克尔干涉仪测量钠黄光的波长-论文重点分析.doc

迈克尔逊干涉仪测定钠光波长及双线波长差 实验者：刘启庆 同组实验者：张毅 指导教师：李雪梅 （A13海工3班 661489） 【摘要】 本文从实验的原理和方法等方面对用迈克尔逊干涉仪仪器精确测定钠黄光波长及双线波长差实验进行了测量、讨论并用实验数据验证了理论值，达到了预期的效果。在对利用钠黄光波长差的测量及其应用中，经过分析后我们发现使用钠黄光双线波长差可以很好的测量玻璃折射率。 【关键词】 迈克尔逊干涉仪、双线波长差、钠黄光 引言 1881年A.A.Michelson和Morley为了测量绝对静止参考系（以太）相对于运动参考系的速度，精心设计了迈克尔逊干涉仪它的设计非常巧妙，其测量结果说明绝对静止参考系不存在，从而在物理学发展史上占有一席之地.现代科技中有许多干涉仪都是由它衍生发展而来，掌握该仪器的结构、原理、使用方法非常重要.在《大学物理实验教程》教学中，分配有一节课时间来介绍迈克尔逊干涉仪，其内容偏向于仪器结构及原理介绍，在应用方面涉及到如何应用它测量光波波长及介质的折射率.相应配套了物理实验“迈克尔逊干涉 仪测量波长”以强化学生对该仪器调节及测量方法的掌握，因为激光相干性好，所以较易调节出效果较好的干涉图.在此基础上，一些学校开设了设计研究性实验项目“钠双线波长差的测量”，支持学生进行迈克尔逊干涉仪应用的拓展研究，由于钠光相干性比激光差，该实验较难完成.因此，针对实验中的难点，本文提出了相应解决方法，并对参考教材中提供的一些传统调节及测量方法进行了改进，以期能帮助同学们更快、更好地完成该实验项目. 【实验原理】 低压钠灯发出的黄光包括两种波长相近的单色光((1=58965.930?，(2= 5889.963?)。这两条光谱线是钠原子从3P态跃迁到3S态的辐射，用扩展的钠光灯照射迈克耳孙干涉仪得到的等倾干涉圆环是两种单色光分别产生的干涉图样的叠加。 若以d表示M1/、M2间距(参见迈克耳孙干涉仪原理图)，则当2d=k( (k=0,1,2，…)时，环中心是亮的，而当2d= (2k+1) (k=0,1,2,…)时，环中心是暗的，若继续移动M2，则当M1/，M2的间距增大到d1，且同时满足 2 = k （1） （2） 两个条件时，因为(1和(2相差不大，(1的各级暗环恰好与(2的各级亮环重合条纹的可见度几乎为0，难以分辨，继续移动反射镜，当M1/、M2间距增到d1时，又使(1和(2的各亮环重合，条纹又清晰可见，随着M2的继续移动，当M1/、M2间距d2满足 (3) (4) 时，条纹几乎消失.由（4）式减去（1）式，（5）式减去（2）。M1/、M2间距增加量△d满足 （5） （6） 时，条纹的可见度出现上述一个周期的循环，式中△k为干涉条纹级次的增加量。 由（7）减去（6）式 得 （7) 由（6）式可 得 △k=2△d/(1 (8) 把（9）式代入8式 得 （9） 【调试方案设计】 1.仪器用具 1、活动反光镜；2、固定反光镜；3、固定螺钉；4、补偿板；5、分光板；6、毛玻璃屏；7、刻度轮；8、刻度轮止动螺钉；9、微量读数鼓轮； 10、11、12、调节螺钉 调试方法步骤 1.用氦-氖激光调节迈克尔逊干涉仪使M1与M2垂直 启动He-Ne激光器，使He-Ne激光束大致垂直于M1，即调节He-Ne激光器高低左右位置，使反射回来的光束按原路返回。 在毛玻璃屏6看到分别由M1和M2反射至屏的两排光点，每排三个光点，中间一个比较亮，旁边两个比较暗。调节M1背面的两个螺丝钉，使两排光点一一重合，这时M1与M2大致互相垂直。 在He-Ne激光器和迈克尔逊干涉仪之间加入扩束镜，让激光束汇聚形成点光源。这时在屏上就可看到同心圆干涉条纹。通过调节螺钉11，使圆心调整屏幕正中央。 转动手柄使M2后移动，观察中心条纹冒出或缩进，转动微量读数鼓轮到条纹变得粗而清晰为止。 2.用迈克尔逊干涉仪测量M2板移动的距离。 具体