迈克尔逊干涉仪研究性试验报告

迈克尔逊干涉仪研究性试验报告一、

实验目的1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定

He-Ne

激光波长二、

实验仪器迈克尔逊干涉仪、

He-Ne

激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。（图一）（图二）三、

实验原理①

用

He-Ne

激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板

P1

和

P2

上后就将光分成了两束分别射到

M1

和

M2

上，反射后通过

P1

、

P2

就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。②

产生干涉条纹的条件，如图

2

所示，

B

、

C

是两个相干点光源，则到

A

点的光程差δ=AB-AC=BCcosi,

若在

A

点出产生了亮条纹，则δ=2dcosi=kλ(k

为亮条纹的级数

)

，因为

i

和

k

均为不可测的量，所以取其差值，即λ=2Δd/Δk

。四、

实验步骤1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜

P1

上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。2、调节

M2

的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在

P1

分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复

2

、

3

步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。4、微调

M2

是干涉图案处于显示屏的中间。5、转动微量读数鼓轮，使

M1

移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数

d0

，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进

50

次则记一次数据，共记录

10

次数据即

d0

、

d1

…d9

,d10,d11,d12。6、关闭激光电源，整理仪器，处理数据。五、

实验数据处理数据记录：k0d040.32932mmk1d140.31355mmk2d240.29711mmk3d340.28255mmk4d440.26660mmk5d540.25080mmk6d640.23502mmk7d740.21920mmk8d840.20344mmk9d940.18776mmk10d1040.17203mmk11d1140.15634mm数据处理Δd0=

d5-d0=0.09430mm

Δd1=

d6-d1=0.09435mmΔd2=

d7-d2=0.09427mm

Δd3=

d8-d3=0.09479mmΔd4=

d9-d4=0.09457mm

Δd0=

d5-d0=0.09446mmΔd(平均）=（Δd0+Δd1+Δd2+Δd3+Δd4+Δd5）/6=0.09446mmA类不确定度σ(10^-3mm)=2.57*√((Σ(Δdi-Δd(平均))^2/30)=0.21B类不确定度(10^-5mm)=5合成不确定度U(10^-3)=√(A2+B2)=0.22Δk=50*6=300所以

λ(平均)(102

nm)=2Δd(平均)/Δk=6.297Uλ(102nm)=2UΔd/Δk=0.01所以

λ(102nm)=λ(平均）+Uλ=6.30

+

0.01nmEλ=（632.8-629.7）/632.8*100%=0.49%7

知识拓展迈克尔逊干涉仪的最著名应用即是它在迈克尔逊-莫雷实验中对以太风观测中所得到的零结果，这朵十九世纪末经典物理学天空中的乌云为狭义相对论的基本假设提供了实验依据。除此之外，由于激光干涉仪能够非常精确地测量干涉中的光程差，在当今的引力波探测中迈克尔逊干涉仪以及其他种类的干涉仪都得到了相当广泛的应用。激光干涉引力波天文台(LIGO)等诸多地面激光干涉引力波探测器的基本原理就是通过迈克尔逊干涉仪来测量由引力波引起的激光的光程变化，而在计划中的激光干涉空间天线(LISA)中，应用迈克尔逊干涉仪原理的基本构想也已经被提出。迈克尔逊干涉仪还被应用于寻找太阳系外行星的探测中，虽然在这种探测中马赫-曾特干涉