[实验报告]两种光路测空气折射率

两种光路测空气折射率摘要：折射率是表征介质光学特性的物理量之一。空气折射率会随空气状态而改变，在许多研究领域有重要的参考价值。本实验使用迈克耳孙干涉仪和夫琅禾费双缝干涉，通过改变气压室气压，使空气折射率发生改变，来观察干涉条纹的移动。根据折射率与压强关系，得出空气折射率。关键词：空气折射率测量；迈克耳孙干涉仪；夫琅禾费双缝干涉；气压；StudyontwomeasurementmethodsofairrefractiveindexAbstract：Refractiveindexisoneofthephysicalquantitiesthatcancharacterizeopticalpropertiesofmedium．Therefractiveindexofairwillchangewiththestateofair，whichmanyresearchfieldscanmakegreatreferenceto．Inthisexperiment,weuseMichelsoninterferometerandFraunhoferinterferometertodetecttheairrefractiveindex.Wechangetheairrefractiveindexbyadjustthepressureofairinairroom,andobservethemoveofstripes.Thenuserelationshipsbetweenrefractiveindexandpressuretoworkouttheairrefractiveindex.Keywords：measurementofairrefractiveindex；Michelsoninterferometer；Fraunhoferinterferometer；atmosphericpressure；一、引言介质的折射率是表征介质光学特性的物理量之一，气体折射率与温度和压强有关，。气折射率对各种波长的光都非常接近于1，然而在很多科学研究领域中，仅把空气折射率近似为1远远满足不了科研的要求，所以研究空气折射率的精确测量方法是很必要的。本文将用迈克耳孙干涉仪和夫琅禾费双缝干涉2种方法对空气折射率进行测量。二、实验原理1.迈克耳孙干涉仪测空气折射率实验光路如图一所示，其中，G为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G均成450角；M2’表示M2对G金属膜的虚像。从光源S发出的一束光，在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G反射出后投向M1镜，反射回来再穿过G；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。在一定温度（15～30），气压不太大时，气体折射率变2M1M2M2MO1L1n2L2n图1迈克尔逊干涉仪光路示意图激光SG12化量n与气压变化量P成正比：1nnPP，所以有1nnPP，代入2NnL得12NPnLP。因此只要测出P和移动条纹数N即可知折射率n。2.夫琅禾费双缝干涉测空气折射率光源S经聚光镜L会聚于狭缝D1上，D1位于O1的焦平面上。光束经O1平行射出，通过D2，被D2分成两束相干光。这两束相干光在望远镜O2的焦平面上形成一系列干涉条纹。改变气室中折射率，光程差改变为：nLN（L为气室长度）由（1）中已得关系知：1NPnLP图2夫琅禾费双缝干涉光路示意图三、实验内容1.迈克耳孙干涉仪测空气折射率（1）按图一调节迈克耳孙干涉仪的光路，使观测屏上出现清晰、宽窄适中的干涉条纹。（2）打开阀门，将气室放气（使气室内压强等于大气压）；关闭阀门，向气室内充气，使条纹以合适速率移动。（3）记录条纹级数变化N与对应的气室内压强变化P。（4）根据公式c（其中为干涉光的波长，L为气室长度，P为大气压）作出图表，计算折射率n。2.夫琅禾费双缝干涉测空气折射率（1）按图二调节夫琅禾费双缝干涉的光路，先用激光调节光路，使屏上光点重合，再加入扩束器，目镜中应出现清晰的干涉条纹。（2）打开阀门，将气室放气（使气室内压强等于大气压）；关闭阀门，向气室内充气，使条纹以合适速率移动。（3）记录条纹级数变化N与对应的气室内压强变化P。（4）根据公式12NPnLP作出图表，计算折射率n。四、结果与讨论1.迈克耳孙干涉仪测空气折射率实验中650nm，0.2Lm，760PmmHg用origin拟合NP曲线如下SLO1LO2ED1D2气室斜率为0.182，代入12NPnLP得折射率1.000224n2.夫琅禾费双缝干涉测空气折射率实验中650nm，0.2Lm，760PmmHg用origin拟合NP曲线如下斜率为0.182，代入1NPnLP得折射率1.000221n本实验中误差主要来源于气压计等仪器的误差，及人为造成的随机误差。在理论推导中，忽略了气室温度、湿度等因素变化带来的影响。在数据处理时，计算涉及到小数点后7位，因此有效数字取舍是否得当对实验结果有较大影响。五、结论本实验通过迈克耳孙干涉仪和夫琅禾费双缝干涉2种方法测量了空气折射率。其结果分别为。参考文献[1]周殿清，张文炳，冯辉.基础物理实验[M]．北京：科学出版社，2009．[2]方运良，马秀芳．介绍一种新的空气折射率测量仪器[J]．大学物理实验，2007，20(4)：59—62．