《大学物理实验 工业和信息化普通高等教育十二五 规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 孙宇航 实验12迈克尔逊干涉仪的调整与使用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理实验 工业和信息化普通高等教育十二五 规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 孙宇航 实验12迈克尔逊干涉仪的调整与使用（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、迈克尔逊干涉仪的 调整与使用,物理实验教学中心 马红,实验背景,迈克尔逊干涉仪最初是由美国物理学家迈克尔逊与莫雷在1883年研究的精密光学仪器，迈克尔逊是美国历史上第一位获诺贝尔物理奖的自然科学家。 迈克尔逊干涉仪是一种分振幅的双光束干涉测量仪器，是迈克尔逊（A.A.Michelson）设计制造的一种精密干涉测量仪器，经过长期实验研究，主要用于测量光波波长、折射率、物体的厚度及微小长度变化等，其精度可与光的波长比拟。迈克尔逊干涉仪在历史发展史上起了很大的作用，迈克尔逊及其合作者曾用此仪器做了“以太漂移”实验、用光波波长标定米尺长度、推断光谱精细结构三项著名实验，第一项实验解决了当时关于 “以太
2、”的争论，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础，第二项实现了长度单位的标准化（用镉红光作为光源标定标准米尺长度，建立了以光波为基准的绝对长度标准），第三项工作研究了光源干涉条纹可见度随光程差变化的规律，并以此推断光谱。,实验目的,1、了解迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理，掌握其 调试方法； 2、通过观察实验现象，加深对干涉原理的理解。学会观 察定义域干涉及非定域干涉、等倾干涉、等厚 干涉及 白光干涉 条纹； 3、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法；学会用迈克 尔逊干涉仪测量测量单色光的波长。钠光双线波长差。,实验仪器,1、迈克尔逊干涉仪； 2、氦-氖多光速激光器； 3、白炽灯,实 验 仪器介绍：,
3、M2固定反光镜,M1活动反光镜,分光板,补偿板,手轮,鼓轮,读数窗口,垂直拉簧,水平拉簧,标尺,主尺读数,实验原理,=,实验原理,点光源产生的非定域干涉条纹的形成,从光学角度看，E处的干涉图样和,K 明纹,（2K+1）/2 暗纹,等倾干涉条纹-同心圆环,条纹特点: 1.i越小，级次越大，i=0时级次最高。 2.d增加时条纹涌出，d减小时条纹淹没。针对i=0的中央条纹，当d增加（减小）半个波长时，便有一个条纹涌出（淹没）。设涌出或淹没的条纹数N则=2d/N. 3.d增大时条纹变细变密，d减小时条纹变粗变疏光程差只决定与入射角，为等倾干涉,等厚干涉条纹-直条纹,条纹特点 1、当i很小时，=2d，干
4、涉图样是等距离分布的明暗相间的直条纹； 2、离中央条纹较远处， 影响较大，条纹弯曲凸向中央条纹，离交线越远，条纹越弯曲。,干涉条纹沿等厚线分布，故称为等厚干涉。,等 倾 干 涉 条 纹,等 厚 干 涉 条 纹,13,迈克尔逊干涉仪等倾干涉条纹,迈克尔逊干涉仪等厚干涉条纹,实验内容与步骤,一、调节迈克尔逊干涉仪,粗调：将迈克尔逊干涉仪三个底脚螺丝调平；两个平面 镜后面的调节螺钉松紧适当；镜座上的两个调节 螺钉松紧适当；转动粗调手轮，使两个平面镜到 分光板的距离大致相等。 细调：调节激光器使光束水平，并入射到分光板的中心 且使入射光与反射光基本重合，仔细耐心轻缓的调 节两个平面镜后面的螺钉，使两个
5、平面镜反射到观 察屏上的发光最亮点严格重合，此时在观察屏上能 够看到很小范围的干涉条纹。说明迈克尔逊干涉仪 基本调好。,实验内容,1.仪器调节,目测使激光头水平且大致和M2等高，细调激光头 位置使扩展光束均匀照满反射镜。 调节固定反射镜后的方位螺丝，使透过滤光片看到 的两排对应光点一一重合 装上观察屏，观察条纹的涌出和淹没。,HeNe激光器和分光板之间放上扩束透镜，使发散的激光束均匀照亮分光板，则在观察屏上看到同心圆环条纹这就是点光源形成的非定域干涉条纹。如果圆心不在屏的中心，应调整镜座上的两个调节螺钉。,2.观察等倾干涉图样并测量HeNe激光的波长,转动微动手轮，改变两个镜子之间的距离，即改
6、变空气膜的厚度，就可以看到屏的中心不断有条 纹“冒出”或“消失”。转动几次，找出条纹变化与 的改变之间的关系。测出100个条纹变化（冒出或消失）时平面镜移动的距离 ,测量三次并取平均值，代入公式 计算出HeNe激光的波长。 按要求测量并将数据记入表格中。,3.调整方法,1、确定M1镜的位置。,2、均匀转松M1、 M2后的三个螺丝。,3、旋松M2的两个拉簧螺丝。,4、移动光源，使光源上的十字叉丝在视场的中心位置,7、调整零点。,8、转到手轮可以改变干涉条纹的间距和清晰度。,使M1沿光轴移动d，将使圆心处相干光束的光程差改变，则将观察到条纹涌出(或陷入),由此可用来测定光波波长。若测知有N个环纹由
7、中心涌出（或陷入），则表明M1改变的距离d为 d=N/2 则波长为： =2d/N,5.测单色光的波长,五、读数和测量应注意以下几个问题：,手轮每转动一周， M1镜移动1mm，读数窗口里分为100个小格，每小格为1/100mm。微动鼓轮每转动一周， M1镜移动1/100mm，鼓轮又分为100个小格，因此，它的每小格为10-4mm，再估读一位。这样最小读数可估计到10-5mm量级。,1、读数前:,2、读数方法：,三部分：主尺、窗口、鼓轮,（1）实验过程中，不允许触摸仪器中所有的光学面。 （2）平面反光镜M 1、M 2背后的三个螺钉以及两个微动拉簧螺丝要十分爱护，只能轻微旋动，切勿用力旋转螺钉，以免拧滑丝扣或把反射镜压坏。,注意事项：,注意事项：,(3)不要直视激光，以免损伤眼睛！ (4)镜后螺丝及拉簧一定要轻拧，且不可拧的过紧！ (5）不要调节活动反射镜后面的螺丝！ （6）测量时，注意避免螺距空回差！,不可直视！,思考题,1、当视场中的等倾条纹愈来愈粗，间距愈来愈大时，M2与M1的位置相互靠近还是相互远离？ 2、观察等厚条纹时，为什么要先调出等倾条纹。 3、光学元件表面严禁触摸，精密仪器操作耐心细致，反射镜粗到微动螺丝不能出现拧紧拧死现象，出现不好调节情况及时报告指导教师。,
