迈克尔逊干涉_研究性实验报告.docVIP

基础物理实验研究性报告 迈克尔逊干涉 Michelson interferometer 第一作者： 学号： 院系： 摘要：迈克尔逊干涉仪是一种典型的用分振幅法产生双光束以实现干涉的精密光学仪器，利用该仪器可以精确地测量单色光的波长。实验书上所显示的调节方法仅至于仔细调节的两个微调拉簧，直至眼睛上下，左右晃动时，干涉条纹中心无吞吐。但至此仅仅局限于两反射镜垂直，而笔者试图调整干涉仪至使移动反射镜与移动方向垂直，并且比较有无此调整后实验的不确定度差异。 关键词：分振幅法；迈克尔逊干涉；波长；自准直原理；对比误差分析； 一、实验目的 了解迈克尔逊干涉仪的结构和调整方法； 观察等倾干涉现象； 测量氦氖激光波长。 4、探究干涉仪与反射镜移动方向不垂直带来的影响 二、实验原理 1、迈克尔逊干涉仪的原理 G1.和G2.是两块平行放置的平行玻璃板，它们的折射率和厚度完全相同。G1.的背面镀有半反射膜，称作.分光板。G2.称作补偿板。M1.和M2.是两块平面反射镜，它们装在与G1.成45o角的彼此互相垂直的两臂上。M2固定不动，M1可沿臂轴方向平移。 由扩展光源S发出的光束，经分光板分成两部分，它们分别近于垂直地入射在平面反射镜M1和M2上。经M1反射的光回到分光板后一部分透过分光板沿E的方向传播，而经M2反射的光回到分光板后则是一部分被反射在E方向。由于两者是相干的，在E处可观察到相干条纹。 光束自M1和M2上的反射相当于自距离为d的M1和M2ˊ上的反射，其中M2ˊ是平面镜M2为分光板所成的虚像。因此，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉与厚度为d、没有多次反射的空气平行平面板所产生的干涉完全一样。经M1反射的光三次穿过分光板，而经M2反射的光只通过分光板一次，补偿板就是为消除这种不对称性而设置的。 双光束在观察平面处的光程差由下式给定： 　　　　　Δ＝2dcosi 式中：d是M1和M2ˊ之间的距离，i是光源S在M1上的入射角。 但书本中的上述描述并没有考虑到M1与导轨是否垂直的问题，而这实际上是会带来测量误差的。 分析如下： 反射镜 M1 与反射镜 M2 的反射像 M′2 相互平行且垂直 Y 轴。 通常通过测量反射镜 M1 沿 Y 轴移动的距离 Δd 及对应的冒出或陷入干涉条纹的个数 n 来测量入射光波的波长。 这两者满足如下关系式: 2Δd = nλ 其中 λ 为入射光波的波长。 如果反射镜 M1 与反射镜 M2 的反射像 M′2 相互平行但与 X 轴成 θ 角,那么这两者满足如下关系式: 2Δdcosθ = nλ 根据方程式,显然在不考虑其它误差的情况下测量得到的波长值偏大。 现考虑如何消除该误差： 现试图让平面镜与导轨垂直，可以借助于虚像与实像连线垂直于平面镜的特性,即自准直原理。分别在平面镜上与导轨上设置参照物，调整使参照物的两个实像与虚像共线。 调整思路如下： 1.粗调. 初调反射镜 M1 与 M2 相互垂直且反射镜 M1 与其移动方向垂直后。 2.将一弯折的笔芯固定在反射镜 M1 上，让笔芯的尖端靠近平面镜中心。 3.在移动导轨上固定另一根笔芯，让该笔芯的尖端与另一个笔芯的尖端靠在一起。 4.移动反射镜 M1 ,使两根针间距较大。 5.通过分束板 G1 观察,同时调节反射镜 M1 背后的螺丝,直到四笔尖( 两笔尖和其在反射镜 M1 的像) 在同一直线上,那么反射镜 M1 与其移动方向就垂直了。 三、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、小孔、扩束镜、毛玻璃。胶带，弯折的笔芯。 四、实验内容 1、迈克尔逊干涉仪的调整 = 1 \* GB3 ① 粗略调节激光器，使激光束水平地入射到，反射镜中部并且大致垂直于仪器导轨。 先将，背面的3个螺钉以及的2个微调拉簧均拧成半紧半松，然后上下移动，左右旋转激光器并调节激光管俯仰，使激光束入射到，反射镜的中心，并使由，反射回来的光点回到激器光束输出镜面的中点附近。 = 2 \* GB3 ② 调节，互相垂直。 方法：在光源前放置一小孔，让激光束通过小孔入射到，上，根据反射光点的位置对激光束方位做进一步细调。在此基础上调整，背面的3个方位螺丝钉，使最亮的光斑与小孔重合。，这时，基本垂直。 ———— 调整反射镜子M1与导轨垂直。 = 1 \* GB3 ① = 1 \* GB3 ①将一弯折的笔芯用胶带固定在反射镜 M1 上，让笔芯的尖端靠近平面镜中心，注意不能让任何东西触碰反射镜的光学镜面。 = 2 \* GB3 ②在移动导轨上用胶带固定另一根笔芯，让该笔芯的尖端与另一个笔芯的尖端靠在一起，注意不能接触导轨上的螺纹。 = 3 \*