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1、实验目的：1）学会使用迈克尔逊干预仪2）观察等倾、等厚和非定域干预现象3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。实验仪器：氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干预仪、毛玻璃屏实验原理：1：迈克尔逊干预仪的原理：迈克尔逊干预仪的光路图如下图，光源S 出发的光经过称。45放置的反面镀银的半透玻璃板1P被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光路1 通过1M 镜反射并再次通过1P 照射在观察平面E 上，光路 2 通过厚度、折射率与1P 相同的玻璃板2P 后由2M 镜反射再次通过2P 并由1P 反面的反射层反射照射在观察平面E上。 图中平行于1M 的2M 是2M 经1P反射所成的虚像，即1P到2M与1P到2M
2、 的光程距离相等，故从1P到2M的光路可用1P到2M 等价替代。这样可以认为1M 与2M 之间形成了一个空气间隙， 这个空气间隙的厚度可以通过移动1M 完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M 镜或2M 镜的角度实现。当1M 与2M 平行时可以在观察平面E 处观察到等倾干预现象，当1M 与2M 有一定的夹角时可以在观察平面E处观察到等厚干预现象。2：激光器激光波长测量原理：由等倾干预条纹的特点，当 =0 时的光程差 最大，即圆心所对应的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 4 页干 涉级别最高。转动手轮移动M1 ，当 d 增加时，
3、相当于增大了和k 相应的 角 ， 可以看到圆环一个个从中心“冒出” ； 假设 d 减小时， 圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。每“冒”出或“缩”进一个干预环，相应的光程差改变了一个波长， 也就是 M 与 M 之间距离变化了半个波长。假设将 M与 M 之间距离改变了 d 时，观察到N 个干预环变化，则d=N?2由此可测单色光的波长。3：钠光双线波长差的测定：在使用迈克尔逊干预仪观察低压钠黄灯双线的等倾干预条纹时，可以看到随着动镜1M 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性， 可测量钠光双线波长差，对于等倾干预而言，波长差的
4、计算公式为： =2?-2?实验内容与数据处理：（1）观察非定域干预条纹1通过粗调手轮打开激光光源， 调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜2M 入射，取掉投影屏E，可以看到两排激光点2粗调手轮移动1M镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等3调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使两排激光点重合为一排，并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏E，就可以看到干预条纹。4仔细调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使1M 与2M 平行，这时在屏上可以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。5转动微调手轮，观察干预条纹的形状、疏密及中心“吞”、 “吐”条纹随光程差改变的变化情况。精选学习资料
5、- - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 4 页（2）测量 He-Ne 激光波长1调整仪器的测量零点2向同一个方向缓旋动微调手轮，当观察到条纹显著的涌出或缩进时，开始记录此时1M 镜的位置0m 。持续沿同一方向旋动微调手轮，条纹中心每“吞”或“吐”100 条条纹记一次 h 值，连续记录十次， 并将数据记录在相应表格中，并计算出激光波长及其误差3钠光双线波长差的测定1将光源换为钠灯，在钠光灯与1P 之间放置一块磨砂玻璃，并将投影屏E取下，通过分光板A 直接观察干预条纹。2缓慢旋动微调手轮，观察钠灯产生的干预条纹的吞吐。3继续缓慢旋动微调手轮移动1
6、M镜，观察到条纹的反衬度周期变化，记录条纹从不可见到下个不可见时2M 的位置 d 值，连续记录六次，讲数据记录在相应表格中，利用最小二乘法求出d，计算钠光双线的波长差及其误差。数据处理由最小二乘法可得到 ?1计算可得到波长=659nm 误差为：|632.8 - 659.0632.8| 100% = 4.14%由最小二乘法可得到 ?2计算可得到波长差误差为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 4 页|05967 - 0.61210.5967| 100% = 2.58%实验分析讨论与结论：本实验以迈克尔逊干预仪为主要工具，观察了
7、激光的等倾干预和等厚干预，并根据等倾干预的特点，利用相关的公式测出了He-Ne激光的波长以及钠光双线的波长差，由于仪器精度的影响，实验存在一定的误差，但在正常范围内，精度较高；在试验处理的时候如果不采用最小二乘法也可采用取平均值的方法，在一定程度上减小偶然误差的影响。1：在计量图像“吞”下条纹时所移动的距离存在一定的误差，所以实验中一定要小心谨慎，细盘的转动要慢；对反衬度的判断也不足够精确。2：大小鼓轮空转也会引起误差，所以每次测量必须沿同一方向旋转，不得中途倒退。3：试验中的镜面只能大致的满足相互之间的几何关系，所以公式的推导有一定的误差，可在计算中加以适当的修正。本次实验整体来看测得的实验数据符合要求。结论：通过本次实验掌握了迈克尔逊干预仪的使用，观察到了等倾干预、 等厚干预的现象、较为准确的测出实验室所用He-Ne 激光的波长以及钠光双线的波长差。参考文献： 1：李朝荣、徐平、唐芳、王慕兵。基础物理实验【M】 ，北京航空航天大学出版社。2：张三慧主编大学物理学，清华大学出版社。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 4 页
