《基础物理》实验报告
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HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY
物理实验报告
实验题目: 迈克尔逊干涉仪
姓 名:
物理实验教学中心
实 验 报 告
一、实验题目:迈克尔逊干涉仪
二、实验目的:
1. 了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节方法;
2. 观察等倾干涉、等厚干涉现象;
3. 利用迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光器的波长;
三、实验仪器:
迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜、观察屏、小孔光阑
四、实验原理(原理图、公式推导和文字说明):
在图M2′是镜子M2经A面反射所成的虚像。调整好的迈克尔逊干涉仪,在标准状态下M1、M2′互相平行,设其间距为d.。用凸透镜会聚后的点光源S是一个很强的单色光源,其光线经M1、M2反射后的光束等效于两个虚光源S1、S2′发出的相干光束,而S1、S2′的间距为M1、M2′的间距的两倍,即2d。虚光源S1、S2′发出的球面波将在它们相遇的空间处处相干,呈现非定域干涉现象,其干涉花纹在空间不同的位置将可能是圆形环纹、椭圆形环纹或弧形的干涉条纹。通常将观察屏F安放在垂直于S1、S2′的连线方位,屏至S2′的距离为R,屏上干涉花纹为一组同心的圆环,圆心为O。
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迈克尔逊干涉仪的调整与应用
1. 原始数据及处理
1.1 测量钠光灯波长()
不确定度计算:
=0.00010,
=0.00011
=4.4, =0.74%.
1.2 双线的波长差:
2.思考题及分析:
2.1、为什么白光干涉不易观察到?
答:两光束能产生干涉现象除满足同频、同向、相位差恒定三个条件外,其光程差还必须小于其相干长度。而白光的相干长度只有微米量级,所以只能在零光程附近才能观察到白光干涉。
2.2、为什么M1和M2没有严格垂直时,眼睛移动干涉条纹会吞吐?
答:因为没有严格垂直时,会形成一个披肩状的光学腔。各处的光程差不相同,其干涉条纹的级数也会不同。所以眼睛移动时,干涉条纹会吞吐。
2.3、讨论干涉条纹吐出或吞入时的光程差变化情况。
答:吞入时,光程差变小。而吐出时,光程差则变大。
2.4、为什么要加补偿板?
答:因为分束板的加入,使其中一路光束比另一光束附加了一定的光程。所以加入与分束板厚度相同的补偿板来补偿这部分光程差。
2.5、如何设计一个实验,利用迈克尔逊干涉仪测玻璃的折射率?
答:以白光发生干涉现象时,确定零光程处。测定在光路中加入玻璃与否,白光产生干涉时M2镜移动的距离。再根据所加入玻璃的厚度,计算出玻璃的折射率。
2.6、试根据迈克尔逊干涉仪的光路,说明各光学元件的作用,并简要叙述调出等倾干涉、等厚干涉和白光干涉条纹的条件及程序.
答:分束板:将光束分为两路光束。补偿板:补偿因分束板产生的光程差。粗调螺丝:调节镜的方位,使其与镜大致垂直。细调拉丝:精密调节镜的方位,使使其与镜严格垂直。鼓轮:调节镜的位置,使光学腔的厚度改变。
等倾干涉:光学腔应严格平行。等厚干涉:此时光学腔为披肩状。白光干涉:零光程处附近。
2.7、如何利用干涉条纹“吞”、“吐”现象,测定单色光的波长?
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迈克尔逊干涉实验
39042122 吴淼
摘要:迈克尔逊干涉仪是一个经典迈克尔逊和莫雷设计制造出来的精密光学仪器,在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验,我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法,认识电光源非定域干涉条纹的形成与特点,部分从并利用干涉条纹的变化测定光源的波长。
实验原理:
(1)迈克尔逊干涉仪的光路
迈克尔逊干涉仪的光路图如图(一)所示。从光源S发出的一束光摄在分束板G1上,将光束分为两部分:一部分从G1半反射膜处反射,射向平面镜M2;另一部分从G1透射,射向平面镜M1。因G1和全反射平面镜M1、M2均成45°角,所以两束光均垂直射到M1、M2上。从M2反射回来的光,透过半反射膜;从M2反射回来的光,为半反射膜反射。二者汇集成一束光,在E处即可观察到干涉条纹。光路中另一平行平板G2与G1平行,其材料厚度与G1完 全相同,以补偿两束光的光程差,称为补偿板。在光路中,M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像,两束相干光相当于从M1’和M2反射而来,迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹如同M2和M1’之间的空气膜所产生的干涉条纹一样。(2)单色电光源的非定域干涉条纹
M2平行M1’且相距为d,S发出的光对M2来说,如S’发出的光,而对于E处的观察者来说,S’如位于S2’一样。又由于半反射膜G的作用,M1如同处于S1’的位置,所以E处观察到的干涉条纹,犹如S1’、S2’发出的球面波,它们在空间处处相干,把观察屏放在E空间不同位置,都可以看到干涉花纹,因此
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实验一迈克尔逊干涉仪实验
一、实验目的
1.认识光的单色性对光的干涉性的影响;
2.观察光学拍现象,建立相干长度的概念;
3.了解白光干涉的特点及其应用。
二、实验仪器
迈克尔逊干涉仪、钠钨灯、升降台、钢板尺、盖玻片。
三、实验原理
图1-1 迈克尔逊干涉仪的外形
迈克尔逊干涉仪是最常用的光学干涉仪之一。如图1-1所示,它的主要结构包括:分光板10、补偿板11、固定反射镜9、移动反射镜8、丝杠14、粗位移旋钮6、微位移旋钮7,反射镜倾斜度粗调节钮4,固定反射镜倾斜度微调节钮15,等等。其中,分光玻璃板10的前表面(面对观察者的一侧)镀有半透半反膜,而补偿板11的厚度、玻璃材料与分光玻璃板10一致,但没有镀膜。
来自点光源或扩展光源的球面波经过分光板后,分为两路:一路透射光穿过补偿板到达固定反射镜,反射后返回分光板前表面;另一路反射光在呈45度角的分光板前表面反射后,折向移动反射镜8,反射后再穿过分光板到达其前表面。两路光在分光板的前表面形成干涉。
如果固定反射镜9和移动反射镜8的表面都调节得与水平面垂直,且二者通过分光板成像后相互平行,且两镜与分光板前表面的距离之差小于光源的相干长度,则此时将产生等倾干涉条纹。等倾干涉条纹的特点是呈同心环状分布,且两镜与分光面的距离之差越大,条纹越密。
如果固定反射镜9和移动反射镜8的表面彼此之间有一个小的倾斜角,则将产生等厚干涉条纹。等厚干涉条纹的特点是平行分布,且两镜夹角越大,条纹越密。
光源的单色性对干涉条纹的形成有者决定性的影响。在其它条件相同的前提下,光源单色性越好,相干性越好,干涉条纹越容易形成。如果利用单色性极好的He-Ne激光器作光源,其相干长度达几十公里,干涉条纹很容易形成,且对比度好。而对低压钠灯来说,其单色性介于激光和白炽灯之间,单色性较好,是一种准单色光源。但其谱线中包含有589.0nm和589.6nm两条波长相差很小的强共振线,且彼此强度相当,这属于不同频率的两个单色光波迭加,将产生干涉中的光学拍效应。如图1-2所示。
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实验报告23 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:
(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:
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实验一迈克尔逊干涉仪实验
一、实验目的
1.认识光的单色性对光的干涉性的影响;
2.观察光学拍现象,建立相干长度的概念;
3.了解白光干涉的特点及其应用。
二、实验仪器
迈克尔逊干涉仪、钠钨灯、升降台、钢板尺、盖玻片。
三、实验原理
图1-1 迈克尔逊干涉仪的外形
迈克尔逊干涉仪是最常用的光学干涉仪之一。如图1-1所示,它的主要结构包括:分光板10、补偿板11、固定反射镜9、移动反射镜8、丝杠14、粗位移旋钮6、微位移旋钮7,反射镜倾斜度粗调节钮4,固定反射镜倾斜度微调节钮15,等等。其中,分光玻璃板10的前表面(面对观察者的一侧)镀有半透半反膜,而补偿板11的厚度、玻璃材料与分光玻璃板10一致,但没有镀膜。
来自点光源或扩展光源的球面波经过分光板后,分为两路:一路透射光穿过补偿板到达固定反射镜,反射后返回分光板前表面;另一路反射光在呈45度角的分光板前表面反射后,折向移动反射镜8,反射后再穿过分光板到达其前表面。两路光在分光板的前表面形成干涉。
如果固定反射镜9和移动反射镜8的表面都调节得与水平面垂直,且二者通过分光板成像后相互平行,且两镜与分光板前表面的距离之差小于光源的相干长度,则此时将产生等倾干涉条纹。等倾干涉条纹的特点是呈同心环状分布,且两镜与分光面的距离之差越大,条纹越密。
如果固定反射镜9和移动反射镜8的表面彼此之间有一个小的倾斜角,则将产生等厚干涉条纹。等厚干涉条纹的特点是平行分布,且两镜夹角越大,条纹越密。
光源的单色性对干涉条纹的形成有者决定性的影响。在其它条件相同的前提下,光源单色性越好,相干性越好,干涉条纹越容易形成。如果利用单色性极好的He-Ne激光器作光源,其相干长度达几十公里,干涉条纹很容易形成,且对比度好。而对低压钠灯来说,其单色性介于激光和白炽灯之间,单色性较好,是一种准单色光源。但其谱线中包含有589.0nm和589.6nm两条波长相差很小的强共振线,且彼此强度相当,这属于不同频率的两个单色光波迭加,将产生干涉中的光学拍效应。如图1-2所示。
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迈克尔逊干涉仪(实验报告)
一、 实验目的
1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。
2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉,测定 He-Ne 激光波长
二、 实验仪器
迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜(短焦距会聚镜)、毛玻璃屏等。
(图一)
(图二)
三、 实验原理
① 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 P1 和 P2 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 产生干涉条纹的条件,如图 2 所示, B 、 C 是两个相干点光源,则到 A 点的光程差δ =AB-AC=BCcosi , 若在 A 点出产生了亮条纹,则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数 ) ,因为 i 和 k 均为不可测的量,所以取其差值,即λ =2 Δ d/ Δ k 。
四、 实验步骤
1、打开激光电源,先不要放扩束镜,让激光照到分光镜 P1 上,并调节激光的反射光照射到激光筒上。
2、调节 M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回,并调至其闪烁。
3、将扩束镜放于激光前,调节扩束镜的高度和偏角,使光能照在 P1 分光镜上,看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复 2 、 3 步骤,直到产生同心圆的干涉条纹图案。
4、微调 M2 是干涉图案处于显示屏的中间。
5、转动微量读数鼓轮,使 M1 移动,可以看到中心条纹冒出或缩进,若看不到此现象,先转动可度轮,再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数 d0 ,转动微量读数鼓轮,看到中心条纹冒出或缩进 30 次则记一次数据,共记录 10 次数据即 d0 、 d1 … d9 。
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