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1、迈克尔逊干涉仪03系04级 龚晓李PB042060022006年4月28日、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构和调节方法。2、观察非定域干涉条纹。3、测量透明薄片厚度。4、增强对条纹可见度和时间相干性的认识。二、实验原理1、迈克尔逊干涉仪的结构和原理丄 M11)迈克尔逊干涉仪原理图M2反为M2光源S发出的光射向A板，分成（1）、（2）两束，又经过M、1射，分别通过A的两表面射向O,相遇发生干涉。B为补偿板，M2 对于A的虚像。2、电光源产生的非定域干涉当观察屏垂直于Si、S2连线时，干涉图是一组同心圆。hThZ 二光程差A = 2hcos&（1+- sin25 ）A _A在8=0处，干
2、涉环中心为亮纹，A = 2h = m九，二Ah = 2112Mi、M2间距改变半波长时，中心就吞吐一个圆环：距离增大吐出圆环,距离减小吞进圆环。3、条纹的可见度人九=仏=匕，其中从=|九九I,九=乞空,AL为从某一可见度为 AL 2d1 120 的位置到下一个可见度为 0 的位置光程差的变化量。4、时间相干性问题九2相干长度L二0,九为中心波长，A九为谱线宽度m cA人 0相干时间tm九20 -cA九5、透明薄片折射率（或厚度）的测量（1）白光干涉条纹只有在 d=0 附近才能看到干涉条纹，中央条纹为直线黑纹，两旁有 对称分布的彩色条纹。（2）固体透明薄片折射率或厚度的测定d = l (n -1
3、)M 与A间放入折射率为n,厚度为1的透明物体，中央黑纹消失,将M 1向A前移d =丁，中央条纹会重新出现。三、实验内容测透明薄片的厚度1、调节仪器水平。2、在氦氖激光源前放入小孔光阑，使光照在M2的中心，且反射回的光透 过小孔光阑。调节M2上的三个螺钉，是从小孔出射的激光束经M 1、M2反射后在毛玻璃上重合，这时能在毛玻璃上看到两排光点一一重合。3、去掉小孔光阑，换上短焦距透镜而是光源成为发散光束，在两光束程差不太大时，在毛玻璃屏上可观察到干涉条纹，轻轻调节 M2 后的螺钉，应出现圆心基本在毛玻璃屏中心的圆条纹。4、转动大鼓轮，调节到 d=0 附近，出现平行直条纹。5、移走毛玻璃，换用白光照
4、射，调节小鼓轮，使能在A板上看到彩色干涉 条纹，将中央黑纹调至视野中央，记下此时标尺刻度。6、在M与A之间放入待测透明薄片，使其与M平行，调节小鼓轮到中央11 黑纹再次出现在视野中央，记下此时标尺刻度。两次刻度之差为d,重复测量三次，利用d = l - (n -1)计算薄片厚度，并计算不确定度。四、实验数据处理l=0.158mmd = l - (n -1) n = - +1 l产(X - X)2A 类不确定度 A = t - u =-p= t - z， t =4.300.081210.158A P A 物 P n(n -1)0-95123XAA放入前D i30.8576430.8498130.
5、84469/mm放入后D 230.7760830.7685230.76392/mm间距d/mm0.081560.081290.080770.081210.000997n=-+1=+1 = 1.514B 类不确定度 A = k - u = kA = 1.96 x 0.00001 = 0.0000065 mmB P B 0.95 C3合成不确定度 U= J A 2 +A 2 = P0.0009972 + 0.00000652 = 0.000997mmd ,0.95* AB(u d2095I d丿.u 二 n二 1.514X 0000997 二 0.018 nd0.08121-n = (1.514
6、土 0.018), P = 0.95五、误差分析本实验的误差可能来源于以下方面：1、小鼓轮的螺距差。在一定范围内，顺逆时针转动小鼓轮，两反射镜的距离 不会有变化，产生测量误差。2、透明薄片与Mi镜放置并不严格平行，实际光程差可能偏大，测得折射率 偏大。3、光路未调完美，Mi与M2不严格垂直，对光程差造成影响。六、思考题1. 在单色光干涉的条件下，去掉补偿镜是否影响实验的正常进行？答：不会影响实验的正常进行。补偿镜是为了补偿 Mi 、 M2 所反射光的光程 差。若用单色光照明，不会产生色散，所以可以用空气光程来进行补偿， 改变 M2 到 S 的距离即可，而并不一定要用补偿镜进行补偿。2. 测He
7、-Ne激光波长时，要求n尽可能大，为什么？测量数据的处理方法是什么？答：由于受到测量长度仪器的精度的限制，单次测量的误差很大，所以采用累积放大法，要求n尽可能大，使所测距离增大，由于仪器精度一定，所以 相对误差会减小。测量氦氖激光波长时数据处理用最小二乘法，而本次实验测量透明薄片折 射率数据处理用列表法。3. 如果去掉干涉仪中的补偿板，对哪些测量有影响？哪些测量无影响？答：对测量透明薄片折射率没有影响。可以用空气光程进行补偿，若Mi、M2所反射的光的程差为al,则在d = AL/2附近，对各种光的波长来说， 其光程差均为入/2,会出现中央黑纹，但由于空气和玻璃的色散不同，两 旁彩色条纹会有变化，但不影响对中央黑纹的观察。另外，对测氦氖激光的波长不会有影响，对测钠黄光波长、钠黄光双线波 长差、钠光的相干长度会有影响。4. 白光干涉条纹的出现必须在两臂基本相等的条件下，为什么？答：在两臂基本相等时，对各种光的波长来说，其光程差均为入/2，会产生中 央黑纹，若两臂相差较大，则对各种不同波长的光，满足明暗条纹的条件 不同，所产生的干涉条纹明暗互相重叠，结果就显不出条纹来。
