大学物理仿真实验报告

时间:2024.3.20

实验名称:迈克尔逊干涉仪 

系    别:_理学院_              实 验 日 期20##年5月23日

专业班级:材物01    组别____   实 验 报 告 日 期20##年6月22日

姓    名:##  学号 ##报告退发  ( 订正 、 重做  )

教 师 审 批 签 字                       

一 实验目的

1.了解迈克耳孙干涉仪的结构和原理,掌握调节方法;

2.用迈克耳孙干涉仪测量钠光波长和精细结构。

二 实验仪器

迈克耳孙干涉仪 , He-Ne激光器,透镜等

三 实验原理

     迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E(或接收屏)四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直,M2是固定的,M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层,形成半反半透膜,可使入射光分成强度基本相等的两束光,称G1为分光板。G2与G1平行,以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关,保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用,故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。

 如上图所示一束光入射到G1上,被G1分为反射光和透射光,这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回,在分化板后表面分别被透射和反射,于E处相遇后成为相干光,可以产生干涉现象。图中M´2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看,经M2反射的光好像是从M´2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M´2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的,在讨论干涉条纹的形成时,只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉,两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源,则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M´2之间的距离为d,则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示

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    若M1与M´2平行,则各处d相同,可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性,故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环,圆心处对应的光程差最大且等于2d,d越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d增加  则中心“冒出”一个条纹,反之d减小  则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系

 

根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。

钠黄双线的精细结构测量原理简介

干涉条纹可见度定义为:  ;当≠0 ,=0 时 ,此时干涉条纹最清晰,可见度最大;当时V=0 可见度最小。

从一视见度最低的位置开始算起,测量一次视见度最低处的位置,者其间的光程差为2*(d2-d1),且有关系:从而计算出谱线的精细结构。

四、实验主要内容

1.测定钠黄光的平均波长   调整好迈克尔逊干涉仪,转动微调鼓轮,可以看到干涉条纹中心有“冒出”和“陷入”现象,中心由暗变亮,连续数300条每100条记录一下数据,但后计算Δd即可.

2.测定钠黄光的精细结构  测定两个视见度最低的位置d1和d2,并计算出Δλ,重复三次,计算误差。

五 数据记录及处理

1.钠黄光测量波长的数据

其中λ=2*Δd/100,根据λ0=589.3nm;

计算平均值:

2.钠黄双线精细结构

其中

六、误差分析及注意事项

误差分析  1.分光计未调整好造成的误差;2.人工读数造成的偶然误差,但可以通过多次测量减小误差; 3.仪器误差

注意事项   1.在测量操作过程中要特别注意避免螺距差造成的系统误差,即在测量过程中只能旋转微调鼓轮,且只能朝一个方向转动,不能反转; 2.为方便计数,望远镜的十字不必严格对准同心圆圆心,此时可用移过叉丝的条纹数来代替中心条纹的吞吐,但不可偏离太远

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