迈克尔逊干涉仪的使用

一、实验设计方案 实验名称：迈克尔逊干涉仪的调整与使用 小组合作： 是○ 否○ 1、 实验目的： 1了解迈克尔逊干涉仪的结构，学习调节和使用方法。 ○2测量单色光的波长。 ○3观察光源的光谱分布影响干涉条纹清晰程度的现象。 ○实验时间： 小组成员 ④测量那光的谱线间隔和相干长度。 2、 实验场地及仪器、设备和材料： 迈克尔逊干涉仪，半导体激光器，钠光灯，短焦距凸透镜 3、 实验思路（实验内容、数据处理方法及实验步骤等）： 一、实验内容 1. 初步掌握迈克尔逊干涉仪的调整方法； 2. 用迈克尔逊干涉仪测HeNe激光的波长； 3. 观察白光干涉。 二、观测依据 迈克尔逊干涉光路如图所示： 用 He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板 G1 和 G2 上后就将光分成了两束分别射到 M1 和 M2 上，反射后通过 P1 、 P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。 2d m ---- HeNe激光的波长、单位为纳米。 d---- 动镜M1移动的距离，单位为毫米。 m---- 干涉条纹冒出（或缩进）的环数。 三、实验做法

1．熟悉仪器 对照仪器，仔细阅读仪器介绍部分内容，掌握本仪器调节使用的注意事项。充分理解各部件作用，以便正确、顺利地进行操作。 2．调节 （1）仪器水平调节 安置迈克逊干涉仪，使其机械平面（即导轨）大体垂直桌子边缘，调迈克逊干涉仪水平（旋底座三个调节螺丝）目测水平即可。 （2）读数系统调节 同时转动粗动轮和微动轮使其能啮合，测量时，为避免空程误差，在测量同一组数据中，所有读数必须由微动轮沿同一方向转动获取。 （3）光源调节 放置 HeNe激光器，使光源 S与分光板G1反射镜M2的中心大致等高，且三者的连线一致垂直M2镜（目测即可），开启激光电源、顺着激光束看去，激光点正好落在分光板G1的中部，且检查光点是否落在M1、M2反射镜的中部。 （4）调出等倾干涉圆环 1）转动手轮，尽量使 M1、M2两反射镜距分束板后表面反射膜C的距离相等; 2）粗调 M2镜，使 M2镜垂直 M1镜: ①实验室已将M1镜面法线调至与丝杆水平，实验者不要动M1镜背面的三个调节螺丝，此时第①条光线经反射后返回与光源基本重合，目测即可。 ②放置接收屏使平面反射镜（新仪器接收屏在图中E处的位置），在接收屏上可以看见几个圆的光点，调节M2镜背面三个螺丝使接收屏上两个最亮的光点完全重合（视场中还有较暗的光点它们与调整无关），此时第②条光线与第①条光线重合。 3）细调M2,使M1、M2镜严格相互垂直: ①放扩束镜于光源 S与G1板之间，使扩束镜的中心大致与G1板的中心等高，前后、左右移动扩束镜，使G1板上激光光斑最强最亮，（用白纸靠近G1板进行比较）此时眼睛可以看到接收屏上的干涉条纹。 ②调 M2镜台下的水平与垂直拉簧螺丝，对M2作细致调节调出等倾干涉圆环，并将圆心调到视场的中心，且条纹间距适中，移动M1时圆心应保持不动。 3．测量及观察 （1）测 He-Ne激光波长。观察环形条纹由中心向外“冒出”或由外向内“缩进”现

象，记录干涉条纹“冒出”或“缩进”50条（K=50）相对应的d值，如此连续6次，记录于数据表格中。 （2）调节和观察等厚干涉现象。观察条纹的疏密变化。把干涉条纹间距调到 1mm左右，观察在移动M1可动镜时干涉条纹弯曲程度有怎样的变化。 （3）用日光作光源，置日光台灯于G1分束板前方，转动微动轮用眼直接观察白光源产生的彩色干涉条纹。 四、数据记录和处理 m(条) 0 50 100 150 200 250 d (mm) 44.00000 44.01623 44.03308 44.05025 44.06702 44.08405 有关量值的计算 1．用逐差法求实验值，用不确定度将结果表示成  2．实验与公认相比较求相对误差E 公认=632.8纳米（nm） 五、注意事项 不能直接用眼睛去看激光束，以免造成永久性的损伤。 实验时尽量别碰到其他实验用品，不然很有可能会导致实验数据偏差太大 六、利用迈克尔逊干涉仪测平板玻璃厚度的实验设计方案： 1．等厚干涉花样的调整 先用单色光调好等倾干涉圆形条纹，使M2镜与分束镜G1的距离稍大于M1镜与分束镜A的距离，然后稍稍旋转M1镜台下的水平拉簧螺丝，使M1、M2成一很小的夹角，此时将看见弯曲的干涉条纹。向分束镜的方向移动M2镜使条纹逐渐变直，这表明中央条纹在向视场中央移动。 转动微动鼓轮，使M2镜前后移动，改变d，从主尺上观察当M2镜位置改变时条纹的变化情况。

2．透明玻璃板厚度的测量 向分束镜的方向移动M2镜使条纹变直，当中央条纹出现视场中央时，以白光代替单色光，继续按原方向缓慢地转动鼓轮，使M2镜继续向前移动，直到白光干涉条纹出现。将中央条纹移至视场中某一位置，记下此时M2镜的位置d1，将待测玻璃片放在分束镜A与C之间的光路中，使玻璃片与镜平行。向前移动M2镜，到央条纹重新移至视场中同一位置，记下M2镜的位置d2，则M2镜所移动的距离即为式（5.16.8）中的d。 3．数据记录及处理 （1）记录下不加入玻璃片，出现等厚干涉条纹时M2镜的位置的读数d1。 （2）记录下加入玻璃片后，出现等厚干涉条纹时M2镜的位置的读数d2。 （3）求得dd2d1，利用公式求得透明玻璃板的厚度，并给出测量的测量结果。 指导老师对实验设计方案的意见： 指导老师签名： 年 月 日

二、实验结果与分析 1、实验目的、场地及仪器、设备和材料、实验思路等见实验设计方案 2、实验现象、数据及结果 迈克尔逊干涉仪测HeNe激光的波长的数据: m(条) 0 50 100 d (mm) 150 44.05025 200 44.06702 250 44.08405 44.00000 44.01623 44.03308 有关量值的计算 1．用逐差法求实验值，用不确定度将结果表示成  2．实验与公认相比较求相对误差E 公认=632.8纳米（nm） d1d2d10.01623d2d3d20.01685d3d4d30.01717 d4d5d40.01677d5d6d50.017032d120.016231061649.2nmm502d220.016851062674nmm502d320.017171063686.8nmm50 62d420.01677104670.8nmm502d520.017031065681.2nmm50672.4nmSu仪()i2540.00001 364.349 d0.0000058 mS2u仪264.352nm 

=672.464.352nm

3、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论： 数据分析见2,步， 对结果的分析讨论： 分析：从本次实验所得结果来看，所测的值672.464.352nm与实际值632.8nm比较，显然二者相差较大，不在允许的误差范围内，可见实验过程中出现的误差较大。下面是对其原因的讨论。 一、圆环中心的点起始和末尾的大小不好把握人为读数造成随机误差。 二、在读数时，圆环吐出现象不明显给实验增加了难度，第一圈和第五十圈的干涉图不一样，增加了误差。 三、两个反射镜之间不是绝对地垂直，而有个微小的角度，产生误差。 四、处理的过程中，由于数值的计算牵涉到小数点后6~7位，因此有效数位的取舍是否得当对实验的结果影响较大。没有处理好有效数位的取舍将给实验带来较大的误差。所以，在处理本实验的数据要仔细。 4、结论： =672.464.352nm 公认相对误差E=×100％=6.257％ 公认 5、实验总结 ⑴本次实验成败之处及其原因分析： 我们在对书本的预习和听过老师的讲解后，最终比较顺利的完成了本次实验。然而从得到的结果来看，本次实验不算很成功，因为存在着较大的误差，其原因我们已经分析过，并总结如上。 ⑵本实验的关键环节及改进措施： ①做好本实验需要把握的关键环节： 调节两个反射镜没有达到完全垂直，使产生两个光点中心较好的重合，这是接下来的实验中能否产生同心圆的关键。 点吞进或吐出光环时要细心认真，避免读错。 ②若重做本实验，为实现预期效果，仪器操作和实验步骤应如何改善： 实验开始仔细调节迈克尔孙干涉仪，尽量使两个光点中心重合。调节输出激光时，要多调几次，要使光幕上的条纹尽量最清晰。数光圈时，转动可以稍微慢点。 ⑶对实验的自我评价： 这次实验在我在与同组组员的配合下顺利完成了。使我通过动手亲自体验了迈克尔孙干涉仪，对干涉有了更生动的了解。个人认为我们组员在这次实验中表现优异，尽管数据存在较大误差，但对实验原理更加清楚了，实际操作能力也得到明显锻炼。

指导老师评语及得分： 签名： 年 月 日