大学物理创新实验迈克尔干涉仪测波长改进

迈克尔干涉仪测波长改进迈克尔干涉仪是利用分振幅法实现干涉的仪器，是测量微小长度的精密仪器，可用来测光波的波长，但通过同学们集体做过之后，每组同学的数据差别很大，误差也相当大，不同的仪器测出来的数据有较大差别，因此，这应该是跟仪器的误差还有处理数据的方式有关，下面我们提出改进方法：实验目的：1、 了解麦克尔逊干涉仪的结构、原理及调节和使用方法2、 观察薄膜的等倾和等厚干涉现象实验内容：应用麦克尔逊干涉仪测定单色光的波长实验仪器：麦克尔逊干涉仪，氯氖激光器实验原理：迈克尔逊干涉仪图1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图G1和G2是两块平行放置的平行平面玻璃板，它们的折射率和厚度都完全相同。 G1的背面镀有半反射膜，称作分光板。 G2称作补偿板。M1和M2是两块平面反射镜，它们装在与G1成45o角的彼此互相垂直的两臂上。 M2固定不动，M1可沿臂轴方向前后平移。由扩展光源S发出的光束，经分光板分成两部分，它们分别近于垂直地入射在平面反射镜M1和M2上。经M1反射的光回到分光板后一部分透过分光板沿 E的方向传播，而经M2反射的光回到分光板后则是一部分被反射在 E方向。由于两者是相干的，在 E处可观察到相干条纹。光束自M1和M2上的反射相当于自距离为 d的M1和M2ˊ上的反射，其中M2ˊ是平面镜M2为分光板所成的虚像。因此，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉与厚度为d、没有多次反射的空气平行平面板所产生的干涉完全一样。经M1反射的光三次穿过分光板，而经M2反射的光只通过分光板一次，补偿板就是为消除这种不对称性而设置的。双光束在观察平面处的光程差由下式给定：＝2dcosi式中：d是M1和M2ˊ之间的距离，i是光源S在M1上的入射角。迈克尔逊干涉仪所产生的干涉条纹的特性与光源、 照明方式以及M1和M2之间的相对位置有关。2．等倾干涉如下图所示，当M2与M1严格垂直，即M2ˊ与M1严格平行时，所得干涉为等倾干涉。干涉条纹为位于无限远或透镜焦平面上明暗的同心圆环。 干涉圆环的特征是：内疏外密。由等倾干涉理论可知：当 M1、M2′之间的距离d减小时，任一指定的 K级条纹将缩小其半径，并逐渐收缩而至中心处消失，即条纹“陷入”；当 d增大，即条纹“外冒”，而且M1与M2′的厚度越大，则相邻的亮（或暗）条纹之间距离越小，即条纹越密，越不易辨认。每“陷入”或“冒出”一个圆环， d就相应增加或减少 λ/2的距离。如果“陷入”或“冒出”的环数为 N，d的改变量为 d，则： d=N*2λ/则：λ＝ 2 Nd／若已知Δd和N，就可计算出λ。实验步骤：1、 仪器水平调节：置水准仪于麦克尔逊干涉仪的平台上，用地脚螺丝调节水平2、 读数系统调节：转动手轮 C，使镜M1的位置在主尺的 30mm附近（因M2的像在32mm附近，这样调节便于以后观察0级等厚条纹）。将鼓轮D沿某一方向旋至零，然后沿同一方向旋转手轮C使其与某一刻度对齐。3、 按图布置光路，使激光束自分光板 G1的中点正对M2.眼睛从E处朝G1观察，即可看到两排光斑 ，调节M2背后的螺丝，可使其中两个较亮的光斑基本重合，这时可看见极细密、较模糊的干涉条纹，若还看不到干涉条纹，应将 M2静调节螺丝稍微拧紧或放松一些，就可出现干涉条纹。4、 看到干涉条纹后，仔细的调节 M2镜的两个拉簧螺丝，把干涉条纹变粗。曲率变大，直到把条纹的圆心调至视场中央， 视场中出现明暗相间的等倾干涉同心圆环； 然后，沿调零方向旋转鼓轮 D，观察干涉环“冒”或“缩”的现象改进之处：1：布置光路时，在调节光斑的过程中，应尽量将其中的固定镜变暗，可以用一个其他东西在上面罩上，这样可以避免外界光线的干扰，使光斑更清晰，更有助于调节和精度的提高。2：可以将用眼睛观察干涉环改成用望远镜观察，这样也是为了避免外界光线和干涉光线混合而影响我们的视线，再者就是在观察和转动手轮的过程中一定要防止仪器出现细微的震动，否则，会出现干涉条纹的混乱，影响环的计数。3：可以在光屏上做一个指针，从而可以在观察时，只关注这一指针某一点的环数变化，有利于计数。注意事项：1、必须了解仪器的操作和使用方法后方可使用2、在调节和测量过程中，一定要细心和耐心，转动手轮时一定要缓慢均匀，切忌用力过猛3、不要晃动仪器台，避免光学仪器和元件受到震动或损坏4、切忌用手触摸光学仪器的表面，要拿取其磨砂面或表面5、不能对着光学元件说话，咳嗽，打喷嚏6、实验完毕，数据经检查后方可拆除光路，整理仪器，一切复位数据记录及处理：麦克尔逊干涉仪测波长数据记录表次数环数N原始处理方法及结果：改进的数据处理方法及结果：数据修正图：问题讨论：1． 麦克尔逊干涉仪中补偿板和分光板的作用是什么？分光板是前后两个表面严格平行，后表面一般镀银膜，镀膜的厚度要求能使反射光束和投射光束都是原来的一半，即使反射光和透射光两者强度近乎相等，这就是分光板的作用，而补偿板也是一个平行平面玻璃板，与分光板平行放置，厚度和折射率与分光板相同，从而补偿了反射光线和透射光线之间附加的光程差，使两束光到达光屏处都是相干光。2． 仪器的空程是如何产生的 ?实验中怎样消除空程的影响？空程是微动鼓轮在倒转时，由于螺距差引起的测量误差。在测量过程中，微动鼓轮必须沿同一方向移动，能避免引入空程。试由公式说明M1和M2’的距离d变大变小同环形干涉条纹中心“冒出或陷入”的对应关系