迈克尔逊干涉仪实验报告

迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪摘要：程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。关键词：迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率；一、引言【实验背景】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。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产是珀罗于1897【实验目的】珀罗干涉仪的工作原理和调节方法；了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律；测量空气的折射率。【实验原理】（一）迈克尔逊干涉仪M、M1 2

G1 2

是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，G1AG2

称为补偿片，与G1

平行。当光照到G1

上时，在半透膜上分成两束光，透射光1M1

，经M1

反射后，透过G2，在G1

E2M2

，经M2

反射后，透过G1

射向E。两束光在玻璃中的光程相等。当观察者从E处向G1

看去时，除直接看到M2

外还可以看到M的1M12两束光如同从M1

与M反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和1M～M1 2

间形成的空气薄膜的干涉等效。（二）干涉条纹等倾干涉MM1 2光程差为：

,MM1

严格平行。对于入射角为的光线，MM1 2

反射光的dM1

2d 2dtansin2dcoscos的间距。由上式，可以得到产生明暗条纹的条件2arccosk, 2d

明条纹arccos

(2k1),4d

暗条纹其中k0,1,2 ，为整数。d变化过程中缩进或冒出的条纹数可以定量表示为：N2d其中N为缩进或冒出的条纹数，d为距离d的改变量。等厚干涉MM1 2

MM交1 2线距离为a处以角入射的光束，该光束经过两镜片反射产生的光程差为2atancos2atanatan2a、与都很小，以致atan2时，光程公式可以近似为2atan，此时将产生等厚干涉条纹。（三）利用干涉条纹测量空气折射率lM1前。调节干涉仪，获得适量等倾干涉条纹之后，向气室里充气，再稍微松开阀门，以较m，以及相应的气压变化值，可得气压为P时的空气折射率为【实验仪器】本实验是在光学面包板上完成的。

n1

mP2LP1 2 MMM1 2 光源包括半导体激光器（635nm）珀罗干涉仪的主要部件。分光板、聚焦透镜等可以通过支持棒和底座安装光学面包板上，也可以通过叉式压板固定在光学面包板上。激光形成的干涉条纹可以通过接收屏观测。另备有气室及气压计，用于测定空气折射率。二、实验过程【实验内容】1．45°角，经过分光板反射的光与固定镜垂直。安置好仪器，调节后条纹。仔细调节平面镜，逐步把干涉环的圆心调到视场中央，即可获得等倾干涉条纹图样。转动测微螺旋改变两个平面镜之间的位置，观察并记录条纹的变化情况。直条纹，即等厚干涉条纹。转动测微螺旋改变两个平面镜之间的相对位置测量激光的波长d50250算激光的波长，并与理论值比较：2dN注意：测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。即d应为测微螺旋移动距离乘以0.1。测量空气折射率测量时，利用打气球向气室内打气，读出气压表指示值P ，然后再缓慢放气，相应地看1到有条纹缩进或冒出。当缩进或冒出15个条纹肘，记录气压表读数P 值。然后重复前面26P1

P2实验中使用的为表压式气压计，即测量的是与大气压之差。大气压可取1.0133×105Pa。实验用的气室长度为10.0cm。注意，使用完毕后，请松开充气阀门，气室内长时间存放高压气体会损坏压力表。【实验方法和技术】注意事项：0.01mm0.001mmd0.1。气室使用完毕后，请松开充气阀门，气室内长时间存放高压气体会损坏压力表。【实验结果的分析和结论】利用迈克尔逊干涉仪测量的数据，计算氦氖激光器的波长，并与理论值比较，计算相对误差。表格1迈克尔逊干涉仪测量激光器波长数据表次数123456测微螺旋读数l/mm16.28016.13016.97015.80515.65015.480利用逐差法：l16.28016.13015.97015.80515.65015.4800.1606mm32测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。即d应为测微螺旋移动距离乘以0.1。dl0.01606mm10N为缩进或冒出的条纹数，本次实验每50环记一次读数。N=502dN 642.4nm本次实验采用半导体激光器，理论波长为635nm。642.4635相对误差642.4635

635 100%1.17%原因分析：干涉是否为严格的等倾干涉影响实验数据精确度。M1和虚反射镜镜面M2读数误差。肉眼判断缩进或冒出的条纹，数条纹数时，读测微螺旋示数时会产生随机误差。组别P组别P/kPa1P/kPa2/kPa123456321234563236402834241417229166181918191818P1.0133105Pa, L10.0cm，PP18.3kPa1 2经计算得

n1 mP1.0002642LP经查得，空气折射率理论值n1.000278相对误差

1.0002641.0002641.000278

100%0.0014%误差分析：压强、温度、湿度等。气体的折射率跟压强的大小有关，气体的折射率会随着压强的变化而变化。同时，气体的折射率还与温度有关。【实验遇到的问题及解决的方法】有多种可能的情况。节光阑使光线通过恰好通过光阑，观察光线是否还是恰好通过光孔。生折射造成光路偏折。令光点的重合。当用非单色光（比如白光）作为迈克尔逊干涉仪的光源时，为什么就必须加补偿片？答：非单色光不同色光的折射率不同、波长不同，通过调节M、M的位置不能达到等光程1 2的目的。测量空气折射率能否用白炽灯做光源？答：不能，白光干涉条纹数量少，且波长不是单值的。三、实验小结【体会或收获】但我们又不能依赖于实验指导书，很多地方都需要我们自己去多去思考，它可以使我们养成良好的科学思维习惯。实验过程中最重要的便是要做到用心观察及如实的记录，有些时候，实验的具体步骤与参考书中有所不同，这就需要我们用心思考；实验后的数据处理及分析也考验了我们对该实验的整体把握。做光学实验最需要的就是耐心和严谨。这个实验不仅锻