大学物理迈克尔孙干涉仪专题小论文

迈克尔逊干涉仪专题论文1论文题目：迈克尔逊干涉仪光程差公式及调解技巧任课教师：李雪梅作者：官聪敏学号：130110114捕要：本文通过对迈克尔逊干涉仪干涉原理和干涉光路的研究，推导了迈克尔逊干涉仪进行干涉时的光程差公式；总结出了迈克尔孙干涉仪实验中的一些调节技巧；从理论分析方面为使用迈克尔逊干涉仪提供了更明晰的帮助。关键词：干涉仪原理；光程差公式；调节技巧1·迈克尔逊干涉仪干涉原理迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用半透膜分光板的反射和透射，把来自同一光源的光线用分振幅法分成两束相干光以实现光的干涉，在近代物理和计量技术中都有着重要的应用。干涉仪的原理光路如图1所示迈克尔孙干涉仪的结构如图【1】迈克尔逊干涉仪专题论文2所示，1G是的一面镀有半透射半反膜分光板。2G是光路补偿板，12MM是全反镜，1M可沿导轨移动。据平面镜反射原理，从1G的薄银层处半反射半透射分振幅法分出的1光经1M反射后再到达薄银层过程中的光程，相当于从'1M处反射的一样，'1M是1M在1G的薄银层中的像。2光程差公式的推导在关于迈克尔孙干涉仪实验的教材中，只直接给出干涉光的光程差公式而缺少详细的推导。笔者通过参考资料，运用几何知识给出详细分析和推导。将图【1】中的A点附近放大如图【2】所示，以2M的法线为参考，设以角从光源射来的光在1G银层的D点半反射和半透射，进而在1M和2M上反射的上反射的1光和2光再次到达银层是平行的干涉光，再到达迈克尔孙干涉仪上的毛玻璃屏后，进入人眼并聚焦到视网膜上就是可见的等倾干涉条纹。在图【2】中，BC是垂直于1光和2光的辅助线，1光和2光对1M和2M来说，入射角和反射角也为。由于2G的补偿作用使1光和2光除了从A点开始到BC辅助线之外没有其他的光程差，即1光和2光的光程差只产生于A点和BC辅助线之间。其间，2光的光程为：迈克尔逊干涉仪专题论文32L=2cosd1光的光程为：1L=2dtansin故二者的光程差为21LL即Δ=2d/cos—2dtansin=2dcos(3)这正是式（1）所表达的我们课本上直接给出的结果。至此，光程差公式详解已经导出。3迈克尔孙干涉仪的调节技巧在迈克尔孙干涉仪调节实验中,不管是测量激光或钠光波长,还是测量钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度,都是利用光的等倾干涉原理,在迈克尔孙干涉仪的等倾干涉图样调节时经验与技巧如下:1)调节动镜的镜面法线与丝杆平行；2)激光要水平垂直入射静镜1M；3)调节粗动手轮使动镜2M与1M静镜到分束镜A上的半反射面之间的距离大约相等；4)调光斑重合时应使动镜2M与静镜1M反射到观察屏上的主亮点重合；5)加上扩束镜后如果干涉条纹不在视场中心,看到的是部分圆弧,说明静镜的角度和所在的位置还不是很好,则继续调节静镜1M后面的三个螺钉,微调它的倾斜角度直到干涉条位于视场中心为止;迈克尔逊干涉仪专题论文4如果干涉条纹过密说明两反射镜到分束镜的距离差太大,则应调节粗动手轮使动镜2M尽量靠近静镜1M，经分束镜A的半反射面M反射的像'1M,使干涉条纹变得比较稀，这样就容易计条纹变化时的个数；6)如果观察屏上出现一系列等间距的直条纹时,说明两反射镜1M2M不垂直,存在一定的倾斜而且条纹越密说明夹角越大,直条纹越宽则说明两者到分束镜的距离差越小,同样也要继续调节静镜1M后面的三个螺钉,一边观察一边微调它的倾斜角度,使干涉直条纹逐渐变成圆弧并回到视场中央,再旋转粗动手轮移动动镜2M,使干涉圆形条纹变成比较稀疏的理想观察状态;【数据处理】室温t＝17±0.5℃大气压＝102400paL＝16.7㎝激光波长=632.8×10^－9m压强压强压强变化条纹变化折射率157400151600580061.0002006981151200145400580061.0002006981145200139200600061.0001940081138900132900600061.0001940081132000125000600061.0001940081124100118000610061.0001908277118200112000620061.0001877498112300106000630061.0001847697处理过程：1.n-1＝（632.8x10^-9/2x0.167)x(6/5800)x102400即n=0.00020069812.n-1＝（632.8x10^-9/2x0.167)x(6/5800)x102400即n=0.00020069813.n-1＝（632.8x10^-9/2x0.167)x(6/6000)x102400即n=0.00019400814.n-1＝（632.8x10^-9/2x0.167)x(6/6000）x102400即n=0.00020069815.n-1＝（632.8x10^-9/2x0.167)x(6/6000)x102400即n=0.0002006981迈克尔逊干涉仪专题论文56.n-1＝（632.8x10^-9/2x0.167)x(6/6100)x102400即n=0.00019082777.n-1＝（632.8x10^-9/2x0.167)x(6/6200)x102400即n=0.00018774988.n-1＝（632.8x10^-9/2x0.167)x(6/6300)x102400即n=0.0001847697理论值：n-1＝（2.8973x102400＋0.003671x16.7）x10^—9得n＝1.0002966836如图是压强P1与折射率之间的关系由图可知斜率k=3.4E-10X+1.0001,所以折射率的实验值为n=1.000284所以折射率的百分差E=（1.0002966836-1.000284）/1.0002966836x100％=0.0026%即压强与折射率成正相关，压强越大，折射率就越大。误差分析【1】在使用过程中由于视察因素没有将两个亮点完全重合，结果使结果有一定的误差，而实验器材本身又存在误差。【2】在实验过程中很容易将条纹数错，在实验过程中条纹很容易发生变化，比如轻微的震动，这是在人较多的环境中难以避免的，还有放气是否均匀等。【3】实验中气温会有很小的范围变化，还有气囊在认为的挤压，即对它做功这将对其温度的变化影响更加大，即间接影响压强。迈克尔逊干涉仪专题论文6总结通过对迈克尔孙干涉仪原理的剖析，运用光路分析和几何知识，推导出了光程差公式：Δ=2d/cos—2dtansin=2dcos，解决了笔者对光程差公式的疑惑。其中，原理的掌握及数学的应用起到关键作用。迈克尔孙干涉仪是比较精密的光学仪器,实际实验过程中，在理论指导下针对出现的异常现象进行分析并采取正确的措施进行调节,直到得到我们理想的观察条纹为止,不能盲目操作.20141231星期三参考文献[1]·蔡履中，王成彦，周玉芳编著．《光学》山东大学出版社（2002）[2]·吴百诗——《大学物理》（下）·西安交通大学出版社（1994）[3]·赵小红,杨江萍,李丽娟.迈克尔孙干涉仪异常现象研究（2003）[4]·成正维，牛原——《大学物理实验》·北京交通大学出版社（2010）[5]·罗涛、贺小光、石浩辰——《迈克尔逊干涉仪中的光程差释疑》迈克尔逊干涉仪专题论文7【期刊论文】——长春师范学院学报（自然科学版）（2010·4）