迈克尔逊干涉实验ppt课件.ppt

迈克尔逊干涉实验制造：陈颜制造：陈颜大学物理实验-预习导航实验目的１．了解迈克尔逊干涉仪的构造和干涉花样的１．了解迈克尔逊干涉仪的构造和干涉花样的构成原理构成原理２．学会迈克尔逊干涉仪的调整和运用方法２．学会迈克尔逊干涉仪的调整和运用方法３．察看点光源产生的非定域干涉条纹，并丈３．察看点光源产生的非定域干涉条纹，并丈量激光的波长量激光的波长实验仪器迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪He-NeHe-Ne激光器激光器毛玻璃屏毛玻璃屏扩束镜扩束镜小孔光阑小孔光阑 迈克尔逊干涉仪全图１．迈克尔逊干涉仪的主体构造１．迈克尔逊干涉仪的主体构造WSM--100型迈克尔逊干涉仪的主体构造如图5—12—1所示，由下面六个部分组成〔１〕底座底座由生铁铸成，较重，确保证了仪器的稳定性由三个调平螺丝9支撑，调平后可以拧紧锁紧圈10以坚持座架稳定〔２〕导轨导轨7由两根平行的长约280毫米的框架和精细丝杆6组成，被固定在底座上，精细丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1毫米，如图5—12—1所示〔３〕拖板部分拖板是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精细螺母，丝杆穿过螺母，当丝杆旋转时，拖板能前后挪动，带动固定在其上的挪动镜11〔即M1〕在导轨面上滑动，实现粗动。

M1是一块很精细的平面镜，外表镀有金属膜，具有较高的反射率，垂直地固定在拖板上，它的法线严厉地与丝杆平行倾角可分别用镜背后面的三颗滚花螺丝13来调理，各螺丝的调理范围是有限制的，假设螺丝向后顶得过松在挪动时，能够因震动而使镜面有倾角变化，假设螺丝向前顶得太紧，致使条纹不规那么，严重时，有能够将螺丝丝口打滑或平面镜破损〔４〕定镜部分〔４〕定镜部分定镜定镜M2与与M1是一样的一块平面镜，是一样的一块平面镜，固定在导轨框架右侧的支架上固定在导轨框架右侧的支架上经过调理其上的程度拉簧螺钉经过调理其上的程度拉簧螺钉15使使M2在程度方向转过一微小的角度，在程度方向转过一微小的角度，可以使干涉条纹在程度方向微动；可以使干涉条纹在程度方向微动；经过调理其上的垂直拉簧螺钉经过调理其上的垂直拉簧螺钉16使使M2在垂直方向转过一微小的角度，在垂直方向转过一微小的角度，可以使干涉条纹上下微动；与三颗可以使干涉条纹上下微动；与三颗滚花螺丝滚花螺丝13相比，相比，15、、16改动改动M2的的镜面方位小得多定镜部分还包括镜面方位小得多定镜部分还包括分光板分光板P1和补偿板和补偿板P2，前面原理部分已引见前面原理部分已引见。

〔５〕读数系统和传动部分〔５〕读数系统和传动部分１〕挪动镜１〕挪动镜11〔即〔即M1〕的挪动间隔毫米数可在机体侧面的毫米刻尺〕的挪动间隔毫米数可在机体侧面的毫米刻尺5上直接读上直接读得２〕粗调手轮２〕粗调手轮2旋转一周，拖板挪动旋转一周，拖板挪动1毫米毫米,即即M2挪动挪动1毫米，同时，读数窗口毫米，同时，读数窗口3内的鼓轮也转动一周，鼓轮的一圈被等分为内的鼓轮也转动一周，鼓轮的一圈被等分为100格，每格为格，每格为10-2毫米，读数由窗毫米，读数由窗口上的基准线指示口上的基准线指示３〕微调手轮３〕微调手轮1每转过一周，拖板挪动每转过一周，拖板挪动0.01毫米，可从读数窗口毫米，可从读数窗口3中可看到读数中可看到读数鼓轮挪动一格，而微调鼓轮的周线被等分为鼓轮挪动一格，而微调鼓轮的周线被等分为100格，那么每格表示为格，那么每格表示为10-4毫米所以，最后读数应为上述三者之和所以，最后读数应为上述三者之和〔６〕附件〔６〕附件支架杆支架杆17是用来放置像屏是用来放置像屏18用的，由加紧螺丝用的，由加紧螺丝12固定２．迈克尔逊干涉仪的调整２．迈克尔逊干涉仪的调整〔１〕按图5—12－3所示安装激光器和迈克尔逊干涉仪。

翻开 激光器的电源开关，光强度旋扭调至中间，使激光束程度地射向干涉仪的分光板P1 〔２〕调整激光光束对分光板P1的程度方向入射角为45度假设激光束对分光板P1在程度方向的入射角为45度，那么正好以45度的反射角向动镜M1垂直入射，原路前往，这个像斑重新进入激光器的发射孔调整时，先用一张纸片将定镜M2遮住，以免M2反射回来的像干扰视野，然后调整激光器或干涉仪的位置，使激光器发出的光束经P1折射和M1反射后，原路前往到激光出射口，这已阐明激光束对分光板P1的程度方向入射角为45度〔３〕调整定臂光路将纸片从M2上拿下，遮住M1的镜面发现从定镜M2反射到激光发射孔附近的光斑有四个，其中光强最 强的那个光斑就是要调整的光斑为了将此光斑调进发射孔内，应先调理M2反面的3个螺钉，改动M2的反射角度微小改动M2的反射角度再调理程度拉簧螺钉15和垂直拉簧螺钉16，使M2转过一微小的角度特别留意，在未调M2之前，这两个细调螺钉必需旋放在中间位置〔４〕拿掉M1上的纸片后，要看到两个臂上的反射光斑都应进入激光器的发射孔，且在毛玻璃屏上的两组光斑完全重合，假设无此景象，应按上述步骤反复调整。

〔５〕用扩束镜使激光束产生面光源，按上述步骤反复调理，直到毛玻璃屏上出现明晰的等倾干涉条纹实验原理实验原理光束1′和2′发生干涉假设为点光源，产生非定域干涉条纹假设为扩展光源，M1、M2平行  等倾条纹M1、M2有小夹角  等厚条纹当M2平移d时,干涉条纹移过N条: M12211S半透半反膜半透半反膜M2M1G1G2E光源光源１．用迈克尔逊干涉仪丈量激光波长１．用迈克尔逊干涉仪丈量激光波长迈克克尔逊干涉干涉仪的任的任务原理如原理如图5—12—3所示，所示，M1、、M2为两垂直放置的平面反射两垂直放置的平面反射镜，，分分别固定在两个垂直的臂上固定在两个垂直的臂上P1、、P2平行放置，与平行放置，与M2固定在同一臂上，且与固定在同一臂上，且与M1和和M2的的夹角均角均为45度M1由精由精细丝杆控制，可以沿臂杆控制，可以沿臂轴前后挪前后挪动P1的第二面上涂的第二面上涂有半透明、半反射膜，可以将入射光分成振幅几乎相等的反射光、透射光，所以有半透明、半反射膜，可以将入射光分成振幅几乎相等的反射光、透射光，所以P1称称为分光板〔又称分光板〔又称为分光分光镜〕光经M1反射后由原路前往再次穿反射后由原路前往再次穿过分光板分光板P1后成后成为光，到达察看点光，到达察看点E处；光到达；光到达M2后被后被M2反射后按原路前往，在反射后按原路前往，在P1的第二面上构成的第二面上构成光，也被前往到察看点光，也被前往到察看点处。

由于光在到达由于光在到达E 处之前穿之前穿过P1三次，而光在到达三次，而光在到达E处之之前穿前穿过P1一次，一次，为了了补偿、两光的光程差，便在、两光的光程差，便在M2所在的臂上再放一个与所在的臂上再放一个与P1的厚的厚度、折射率度、折射率严厉一一样的的P2平面玻璃板，平面玻璃板，满足了足了 、两光在到达、两光在到达E 处时无光程差，所以无光程差，所以称称P2为补偿板由于、光均来自同一光源板由于、光均来自同一光源S ，在到达，在到达P1后被分成、两光，所以两光后被分成、两光，所以两光是相关光是相关光总上所述，光上所述，光线是在分光板是在分光板P1的第二面反射得到的，的第二面反射得到的，这样使使M2在在M1的附近〔上部的附近〔上部或下部〕构成一个平行于或下部〕构成一个平行于M1的虚像的虚像M2＇，因此，在＇，因此，在迈克克尔逊干涉干涉仪中，自中，自M1 、、M2的反射相当于自的反射相当于自M1、、M2＇的反射也就是，在＇的反射也就是，在迈克克尔逊干涉干涉仪中中产生的干涉相当生的干涉相当于厚度于厚度为的空气薄膜所的空气薄膜所产生的干涉，可以等效生的干涉，可以等效为间隔隔为2d的两个虚光源的两个虚光源S1和和S2＇＇发出的相关光束。

即出的相关光束即M1和和M2＇反射的两束光程差＇反射的两束光程差为 〔〔5―12―1〕〕 两束相关光明暗条件两束相关光明暗条件为 〔〔k=1，，2，，3，，…，〕〔，〕〔5―12―2〕〕〔〔5―12―2〕式中〕式中为反射光在平面反射反射光在平面反射镜M1上的反射角，上的反射角，为激光的波激光的波长，，为空空气薄膜的折射率，气薄膜的折射率，为薄膜厚度薄膜厚度凡一凡一样的光的光线光程差相等，并且得到的干涉条光程差相等，并且得到的干涉条纹随随M1和和M2＇的＇的间隔而改隔而改动。

当光阴程差最大，在点当光阴程差最大，在点处对应的干涉的干涉级数最高由〔数最高由〔5―12―2〕式得〕式得 〔〔5―12―3〕〕 〔〔5―12―4〕〕由〔由〔5―12―4〕可得，当改〕可得，当改动一个一个1/2时，就有一个条，就有一个条纹“涌出〞或涌出〞或“堕入〞，所堕入〞，所以在以在实验时只需数出只需数出“涌出〞或涌出〞或“堕入〞的条堕入〞的条纹个数，个数，读出的改出的改动量就可以量就可以计算出光波波算出光波波长的的值 〔〔5―12―5〕〕从从迈克克尔逊干涉干涉仪安装中可以看出，安装中可以看出，发出的凡与出的凡与M2的入射角均的入射角均为的的圆锥面上面上一切光一切光线，，经M1与与M2＇的反射和透＇的反射和透镜的会聚于的焦平面上以光的会聚于的焦平面上以光轴为对称同一称同一点点处；从光源；从光源S2上上发出的与出的与S1中中a平行的光束平行的光束b，只需，只需i角一角一样，它就与、的光，它就与、的光程差相等，程差相等，经透透镜L会聚在半径会聚在半径为的同一个的同一个圆上，如上，如图5—12—4所示。

所示实验内容和步骤2 2、察看点光源产生的非定域干涉条纹察看点光源产生的非定域干涉条纹3 3、丈量、丈量He-NeHe-Ne激光的波长激光的波长 1 1、仪器调理仪器调理调理激光束的高度和方向；调理激光束的高度和方向； 调理调理M1M1、、M2M2的位置为近似等光程〔的位置为近似等光程〔35mm35mm处〕；处〕； 读数系统的零点调整；读数系统的零点调整； 调理激光器使激光束垂直于调理激光器使激光束垂直于 M1 M1、、M2 M2 １．丈量激光的波长１．丈量激光的波长 〔１〕〔１〕迈克克尔逊干涉干涉仪的手的手轮操作和操作和读数数练习 ★★按原理１中的按原理１中的图5—12—3组装、装、调理理仪器 ★★延延续同一方向同一方向转动微微调手手轮，仔，仔细察看屏上的干涉条察看屏上的干涉条纹“涌涌出〞或出〞或“堕入〞景象，先堕入〞景象，先练习读毫米毫米标尺、尺、读数窗口和微数窗口和微调手手轮上上的的读数掌握干涉条数掌握干涉条纹“涌出〞或涌出〞或“堕入个数、速度与堕入个数、速度与调理微理微调手手轮的关系 〔２〕〔２〕经上述上述调理后，理后，读出出动镜M1所在的相所在的相对位置，此位置，此为“0〞位置，然后沿同一方向〞位置，然后沿同一方向转动微微调手手轮，仔，仔细察看屏上的干涉条察看屏上的干涉条纹“涌出〞或涌出〞或“堕入〞的个数。

每隔　堕入〞的个数每隔　100个条个条纹，，记录一次一次动镜M1的位置共的位置共记500条条条条纹，，读6个位置的个位置的读数，填入自数，填入自拟的表格中的表格中 〔３〕由〔〔３〕由〔5―12―5〕〕计算出激光的波算出激光的波长取其平均取其平均值与公与公认值〔〔632.8纳米〕比米〕比较，并，并计算其相算其相对误差用点光源产生的非定域干涉条纹测He－Ne激光的波长丈量次数iNiDi〔mm〕丈量次数i+6Ni+6di＋6〔mm〕δdi=di+6-di〔mm〕10 7300  250 8350  3100 9400  4150 10450  5200 11500  6250 12550   实验数据表格N＝Ni+6―Ni＝300 实验本卷须知1 1、、迈克克尔逊干涉干涉仪是精是精细光学光学仪器，各光学外表必需器，各光学外表必需坚持清持清洁，，严禁禁用手触摸；用手触摸；调整整时必需仔必需仔细、仔、仔细、小心、、小心、轻缓，，严禁用力禁用力过度，度，损坏坏仪器 2 2、丈量、丈量时要防止引入空程要防止引入空程误差，影响丈量精度差，影响丈量精度 3 3、防止激光直接射入眼睛，否那么能、防止激光直接射入眼睛，否那么能够会呵斥会呵斥视网膜永久性的网膜永久性的损伤。

4 4、数条、数条纹变化数目化数目过程中，假程中，假设因震因震动出出现条条纹抖抖动难以以识别时，，应暂停数条停数条纹数，待数，待稳定后再定后再继续数 5 5、有些、有些仪器粗器粗调和和细调手手轮刻度不一致，必需先刻度不一致，必需先对读数系数系统进展零点展零点调整预习思索题1、迈克尔逊干涉仪的干涉原理是什么？2、什么是等倾干涉？什么是等厚干涉？3、什么是定域干涉？什么是非定域干涉？完。