迈克尔逊干涉仪 实验报告.doc

迈克尔逊干涉仪 实验报告实验二十二 迈克尔逊干涉仪 实验报告一． 目的要求1.掌握 M-干涉仪的调节方法3.了解各类型干涉条纹的形成条件, 花纹特点, 变化规律及相互之间的区别4.用 M-干涉仪测量气体折射率二． 仪器用具M-干涉仪, He-Ne激光器及电, 扩束透镜, 小孔光阑, 白炽灯, 毛玻璃散射屏, 凸透镜，带有小气室的 M-干涉仪三． 实验原理1.M- - 干涉仪M-干涉仪是分振幅双光束干涉仪, 光路如图G1 板：将入射光 s 分为两束，分别经 M1，M2 反射后在 E 处干涉，反射镜 M2固定不动，反射镜 M1 可前后移动改变光程差改变 M2 的倾角和 M1 的位置即可实现定域干涉和非定域等倾干涉及等厚干涉G2 板：补偿 G1 对光束 1 中的不同波长光的色散，从而保证不同波长的光到观察屏 E 上一处的光程完全相等1 1 ）点光 -- 非定域干涉其干涉可以看成是 M1，M2 反射镜的虚光 S1，S2rsquo;的干涉，可以在空间各处产生干涉条纹，故为非定域干涉随着 S1，S2rsquo;与毛玻璃的相对位置不同, 干涉条纹的形状也不同.当毛玻璃与 S1，S2rsquo;连线垂直时，得到圆条纹，圆心在 S1，S2rsquo;连线和毛玻璃屏的交点 O 处。

当毛玻璃 E 与 S1，S2rsquo;连线的垂直平分线垂直时得到直线条纹其他情况得到椭圆或双曲线干涉条纹一些比较重要的特点：1，干涉条纹中间稀边缘密2，d 越小，条纹越稀疏3，d 增大时吐条纹，d 减小时吞条纹2 2 ）扩展光照明 -- 定域干涉等倾干涉: :倾角相同的光线有相同的光程差人眼直接观察干涉图样,可以看到一组同心圆条纹,此干涉定域为无穷远.　 光程差Delta;L=2dcosbeta;等厚干涉: :走过相同厚度空气隙的光线有相同的相位差人眼观察,可以看到平行的干涉条纹,且条纹弯曲的方向凸向两镜交棱的方向,在 d=0 出基本是直线干涉条纹.此干涉定域为镜面附近.　 光程差Delta;L=2dcosbeta;用热学方法可以计算出空气折射率公式:其中 D 为小气室厚度,p 为标准大气压,N 为吞吐条纹数目 四..实验内容0.粗调 M M- - 干涉仪先调激光束水平, 利用光阑调节, 方法同光具座上的共轴等高调节.再通过拧镜后的三个螺钉调节 M1 与 M2rsquo;的平行1）调出非定域圆条纹在光阑和 M-仪中加一扩束镜，让光均匀照在 G1 上只要 M1，M2 的反射像重合，就可以在毛玻璃 E 上看到干涉条纹。

再调节 M2 的微动螺钉，就可以得到非定域圆条纹椭圆条纹转动一下毛玻璃即可调出干涉条纹的特点：中间稀边缘密：d 越小，条纹越稀疏：d 增大时吐条纹，d 减小时吞条纹2）调出并观察非定域直线条纹和双曲线条纹调节 d 使 M1，M2rsquo;近似重合即可看到比较粗的直线条纹，M2rsquo;与 M1 的不平行度越大，直线条纹越密在调节直线的过程中可以看到双曲线条纹其实从原理上分析^p ，非定域干涉也就是两个点光的干涉，其等光程差的面为双曲面，我们看到的圆条纹，直线条纹等只是在用不同的面去截这些双曲面而已，明白了原理调节这些条纹就非常好调节了1）等倾干涉把毛玻璃插入到扩束镜与 G1 之间, 使光束成为扩展光, 用眼睛直接看即可,看到圆条纹.调节M2的微动螺钉微调M2的角度,使得眼睛上下左右移动时, 圆条纹不吞不吐, 此时 M1 与 M2rsquo;就是平行的了，此即为等倾条纹.　 注：在这个实验中和我一组的很多同学调节了很长时间，或是很难调出圆条纹不吞不吐，或是在调节过程中总是看不到圆心而我在这块很快调节出了比较标准的等倾干涉条纹，经过我分析^p 可能是我一开始用了较多的时间粗调 M M- -干涉仪，使其 M1 ，2 M2 平行度较好。

2）等厚干涉在等倾条纹的基础上进行调节.调节粗调手轮, 使得等倾条纹粗而疏, 此时 M1 与 M2rsquo;比较接近.再调节小螺钉, 使得 M1 与 M2rsquo;有一个小倾角.这时就可以观察到等厚干涉条纹3）白光的等厚干涉在干涉条纹变直的附近, 加上白光光.缓慢转动手轮, 直到看到彩色条纹.测量白光条纹在市场中心时的 M1 镜位置注：能看到白光干涉的条纹数特别少，所以比较难以调节出来，总结出的比较好的方法是：让灯把激光扩展光挡住一半，并从激光干涉条纹向一边弯曲接近直线的地方开始慢慢调节 d d ，耐心一些就会调出白光干涉条纹缓慢打气, 注意数清Delta; N .再读出Delta; p , 算出折射率 n.　 D=4.00cm，lambda;=632.8nm，p=1028hpa测得 p1=1172hpaDelta;p1=150hpaN1=5P2=1322hpaDelta;p2=300hpaN2=10P3=1446hpaDelta;p3=424hpaN3=13五． 反思1.关于 G1 要使反射光和透射光光强接近 1:1 的原因，开始我以为是为了使得两束光衬比度最大但后来发现其实都是一次反射一次折射，衬比度不会改变。

反射透射光比例接近 1 实际是为了使得光强最大2.等倾干涉判断 M1，M2rsquo;平行：调节 M2 的微动螺钉微调 M2 的角度,使得眼睛上下左右移动时, 圆条纹不吞不吐, 此时中心条纹级数不随位置改变而改变，d 为恒定值，则 M1 与 M2rsquo;就是平行的了第 7 页 共 7 页。