迈克尔逊干涉仪的调节与使用2012

迈克尔逊干涉仪的调节与使用粗调手轮细调手轮读数窗迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波振幅实现干涉的精密光学仪器。其调整和使用具有典型性。•了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理•掌握其调节方法•调节观察等倾干涉并测定钠光双线平均波长•调节观察等厚干涉【实验目的】【实验原理】相干的条件：1、光的频率相同。2、光的传播方向相同。3、在传播方向上有恒定的位相差。定域干涉与不定域干涉*定域就是某个一定的区域．非定域就是空间任何区域．*两个单色相干点源在空间任意一点相遇，总有一确定的光程差，从而产生一定的强度分布，并能观察到清晰的干涉条纹，这种干涉称为不定域干涉．*在扩展光源的情况下，在空间任意一点，由光源上不同点源出发的，到达该点并产生双光束干涉的两支相干光的光程差不同，在光程差变化大于四分之一波长的区域观察不到干涉条纹，小于四分之一波长的区域，尽管采用了扩展光源，仍可观察到清晰干涉条纹．这种干涉称为定域干涉。可观察到清晰干涉条纹的区域称为定域区．【实验原理】迈克尔逊干涉仪的结构主尺粗动手轮读数窗口微动手轮最后读数为：33.52246mm•读数迈克耳逊干涉仪光路图SppL1aba1b1G1G2L2AFa2b2M1M2M1′F迈克尔逊干涉仪原理光路•M1和M2是平面反射镜，分别装在相互垂直的两臂上，M1固定，M2而可通过精密丝杆沿臂长的方向移动。•G1和G2是两块完全相同的玻璃板，在G1的后表面上镀有半透明的银膜，能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光。•M1和M2与G1和G2成45°角倾斜安装。G2称为补偿板，是为了使光束2也同光束1一样地三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。M2M1EG2G1S2211半透半反膜1M•由于G1的反射，使在M2附近形成M1的一个虚像M1′，因此光束1和光束2的干涉等效于由M2和M1′之间空气薄膜产生的干涉。•当调节M1使M1与M2相互精确地垂直，在屏幕上可观察到圆形的等倾干涉条纹，即两镜之间为薄膜干涉。等倾干涉条纹'1M2M'1M2M与重合'1M2M'1M2M'1M2M•当条纹为等倾条纹时，移动M2，相当于改变M2和M1′之间空气薄膜的厚度，此时干涉条纹会出现条纹“陷入”或“涌出”的现象。•“陷入”或“涌出”的条纹数与移动距离的关系：•如果数出“陷入”或“涌出”的条纹数，由已知波长λ就可计算出Δd，这就是测量微小距离的原理；•反之，由读出的Δd也可测定入射光的波长，这也是测定单色光波长的一种方法。2Nd•如果M1与M2偏离相互垂直的方向，这时就能观察到等厚干涉条纹，即两镜之间为劈尖干涉。等厚干涉条纹'1M2M'1M2M'1M2M'1M2M'1M2M等厚干涉条纹等倾干涉条纹'1M2M'1M2M'1M2M'1M2M'1M2M与重合'1M2M'1M2M'1M2M'1M2M'1M2M等厚干涉条纹等倾干涉条纹【实验操作】迈克耳逊干涉仪的调节1、粗调：光源与干涉仪45度分光板位置对中；调节反光镜的调节螺丝，让反光镜架的两板架平行；如果这时反光镜M1和M2明显不垂直，调节水平和垂直拉杆；调节粗调手轮（大转轮），使得分光板的分光面到M1和M2的距离大致相等（用尺子测量,约7.2-7.8cm），使光程差在钠光相干长度之内。2、细调：望远镜放下，用肉眼观察，调节反光镜M1（右手边）的调节螺丝，让从两反光镜反射的“十”字像重合，这时应该能看见部分干涉条纹；分别细调M1的两个调节螺丝，让左右方向和上下方向的干涉条纹间距变大，直到出现完整的干涉圆环；调节M1、M2四个螺丝及粗调手轮（大转轮），使干涉圆环圆心条纹清楚且圆环大小合适。3、微调：一边观察等倾干涉条纹，一边轻微调节M1调节螺丝，使眼睛上下、左右移动时中心条纹不发生涌出或陷入现象为止。4、测量：调节细调手轮，观察条纹是如何随光程差变化的；调节细调手轮，让中心条纹涌出（或陷入）50环，读出M2移动的距离△d，计算波长。（注意避免空程差）原始记录表：环数（0-300）位置(mm)△d=dn+1-dn(mm)……【实验中需注意的问题】•迈克耳逊干涉仪是精密光学仪器，光学表面不能用手触摸。调节时动作要轻缓。•为了消除螺距差（空程差），调节及测量读数时，粗调手轮和微调鼓轮要向同一方向转动，中途不得倒退。•区分镜面间距(d)、光程差(2d)和光程差的变化(2△d)三个概念，弄清楚它们之间的关系。【数据处理】•用计算钠光的平均波长λ、用平均误差法或不确定度（方和根公式:ΔA为平均值的标准偏差;读数最小刻度为0.1μm,Δ仪=0.05μm,ΔB=?)求Δd、再用上式求出Δλ。写出λ=λ±Δλ标准式，并求与钠光的标准波长589.3nm百分比误差。【思考题】P1631.3.2Nd下周预习内容声速的测量（重点位相比较法）