北京大学物理实验报告：迈克尔孙干涉实验(docx版)

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业迈克尔孙干涉实验【实验目的】(1) 掌握M-干涉仪的调节方法(2) 调出非定域干涉和定域干涉条纹(3) 了解各类型干涉条纹的形成条件、花纹特点、变化规律(4) 用M-干涉仪测量气体折射率【仪器用具】M-干涉仪，He-Ne激光器，毛玻璃片，小孔光阑，白炽灯，小气室，气囊，气压表，凸透镜，显微镜目镜【实验原理】M-干涉仪光路图 SEQ 图 * ARABIC 1 迈克尔孙干涉仪光路迈克尔逊干涉仪的光学系统如图1所示。它由分光板G1、补偿板G2、定反射镜M1和动反射镜M2组成。

2、M1和M2互相垂直，分光板和补偿板是一对材料和外型完全相同的平板光学玻璃，它们相互平行并分别和M1、M2成大致45度夹角。补偿板用于补偿色散。来自点光源（或扩展光源）的光，入射到分光板上，分为强度相同的光线“1”和光线“2”的相干光，并分别由M1和M2反射后投射到光屏上（对于扩展光源用眼睛正对着观察）产生干涉现象。点光源的非定域干涉图 SEQ 图 * ARABIC 2 非定域干涉原理图激光束经过短焦距凸透镜会聚后可以得到点光源S，经过分束器G1、M1、M2反射后后射向屏E的光，如图2所示可以看做是由虚光源S1，S2发出的。这两个虚光源发出的两列球面波在空间各处都能相干，所以是非定域干涉条纹。图

3、 SEQ 图 * ARABIC 3 点光源非定域干涉的等光程面设两点光源在z轴上，如图3所示，两个点光源形成的空间等光程曲面是一族旋转双曲面，而屏E放在不同位置将得到不同的干涉图样。所若E平行yz轴，不过原点，则会得到一族同心圆干涉条纹。若E平行xy轴，不过原点，则会得到一族共焦点双曲线干涉条纹，在中间双曲线退化为直线。若E不严格平行于yz轴，而是有所倾斜，得得到一族椭圆干涉条纹。扩展光源的非定域干涉图 SEQ 图 * ARABIC 4 扩展光源等倾干涉等倾干涉使用扩展光源是有利的。如图4所示，M1、M2相互平行，用扩展光源照明，对于倾角相同的各光束，其光程差均为l=2d cos此时在E方，用

4、人眼聚焦于无穷远直接观察，可以看到一组同心圆，每一个圆上均对应同一恒定倾角，所以叫定域于无穷远的等倾条纹。也可以用一片薄透镜接受干涉图样。相邻条纹的角距离满足k=k-k+12dk表明d一定，边缘条纹较密，中心较疏。k一定，d越小，条纹越密。图 SEQ 图 * ARABIC 5 扩展光源等厚干涉用眼睛观测等厚干涉时，扩展光源也是有百利而无不一害的。条纹定域与镜面附近，用眼睛观测时应将眼睛聚焦在镜面附近。经过镜M1，M2反射的两光束，其光程差仍可近似地表示为l=2d cos2d(1-122)由于是有限的（决定于反射镜对眼睛的张角，一般比较小）在交棱附近，l中第二项d2可以忽略，光程差主要决定于厚度

5、d，所以在空气楔上厚度相同的地方光程差相同，观察到的干涉条纹是平行于两镜交棱的等间隔的直线条纹。在远离交棱处，项不可忽略，必须用增大的d来补偿光程差的减小，所得干涉条件逐渐变成弧形，而且条纹弯曲方向是凸向两镜交棱。白光干涉条纹干涉条纹的明暗决定于光程差与波长的关系，用白光光源，只有在d=0的附近才能在M1、M2交线处看到干涉条纹，这时对各种光的波长来说，其光程差均为0，故产生直线亮纹，即所谓的中央条纹，两旁有对称分布的彩色条纹。d稍大时，因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。只有用白光才能判断出中央条纹，利用这一点可定出d=0的位置。空

6、气折射率的测量使小气室的气压变化p，从而使气体折射率改变n，从而引起光程变化，条纹吞吐N条条纹，则有n=N2DD为小气室厚度理论上可以导出n=1+N2Dpp有此式，就可以测量一个大气压下的空气折射率。【实验内容】粗调干涉仪目测调节使得激光器与G1中心等高粗调M一干涉仪，使M1与M2大致平行把固定镜M2的两个微动螺丝U2放在中间位置，以便往两头都有珥节余地把镜后的3个小螺钉U1、U2拧合适，使3个螺丝钉受力情况差不多，不要过松或过紧设置光路首先把He- Ne激光束调节成水平，射到M2的中央部位，然后在光源前面放一小孔光阑P，使光束通过小孔射到M2上调节M2后面的3个螺钉，使反射像和小孔重合（此时

7、，能看到两排光点，调节M2时，应使移动时的一排光点中最亮点与小孔P重合）用同样的方法，调节M1非定域干涉的调节和观察在小孔和G1之间加一毛玻璃，调节高度，使得激光完全射入并着均匀照亮G1调节M2的微动螺丝，使得接受屏E上同心圆移至屏幕中心移动M1，观察定域条纹的变化：d增加时，条纹外吐，d减少时，条纹内吞，而且条纹内疏外密，并随d的增加，条纹越来越密旋转屏E，观察椭圆条纹调节微动螺丝，移动M1，使得条纹向圆心方向移动，直到视场中出现直条纹，继续移动M1可以看到弯曲方向相反的双曲线条纹定域干涉的调节和观察等倾条纹按照非定域干涉的要求调出圆心在屏幕中心的条纹将一块毛玻璃放在目镜L和G1之间，使得光

8、束扩展成为扩展光源，用眼睛观察条纹，进一步微调微动螺丝，使得眼睛上下左右移动时，圆大小不变，条纹不吞不吐，而且圆心随着眼睛的移动而移动。这时是严格的等倾条纹。前后移动M1，d减小，条纹变得稀疏，d增大，条纹变得细密，这已经在原理中有说明等厚条纹调节微动螺丝使得M1和M2之间有一个小夹角，移动M1使得弯曲条纹向圆心移动，观察到条纹由曲变直的现象，这已经在原理中有说明白光的等厚条纹在条纹即将由曲变直时加上一半白光光源顺时针转动手柄，使M1缓慢移动，直到视场中出现彩色条纹，记录游标读数x1逆时针转动手柄，重复上述步骤，记录游标读数x2测量空气的折射率调节出非定域干涉条纹（仪器已准备好）用打起皮囊打气，使得小气室内空气气压变大，然后缓慢放气观察屏E，当条纹吞吐整数个时记录p【实验数据及处理结果】=6328A D=3.53 cm p=760 mmHg (mmHg)N012345678p22019416914611999734624p 026517410112114717