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            迈克尔逊干涉仪


            实验教案

            实验 28 迈克尔逊干涉仪的调整与使用

            [目的与要求] 1.了解迈克尔逊干涉仪的构造及其原理,学习其调整和使用方法。 2.掌握等倾干涉、等厚干涉的形成条件和特点。 3.测量钠黄光波长(约 589.3 纳米) [实验仪器] [实验原理] 一、迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理 (新型仪器为激光光纤光源) 迈克尔逊干涉仪、钠黄光灯、针孔板和毛玻璃(激光光纤光源可不用)

            1. 干涉仪的结构和光路图(重点讲解)

            S: 光源 H:毛玻璃(三针孔板) G1:半透膜分光玻璃 G2:补偿板(讲明作用) M1:可动反射镜 M2:固定反射镜 反射镜后面有调节镜面 位置的螺钉,M2 下方还有 两个微调螺丝。 M1 位置读数装置示例:该仪器的精度可达到 10-5mm,即 10-8m (10nm)!

            2. 干涉图样(迈克尔逊干涉仪可实现等倾和等厚干涉) 1) 2) 3) 等厚干涉条纹 (M1、M2 不垂直,则 M1、 M 2 不平行) ; 等倾干涉条纹 (M1、M2 垂直,则 M1、 M 2 平行) 。 对于非定域干涉的分析从略。 当 M1、 M 2 距离为 d 时,两光束 I 和 II 光程差为:
            ' ' '

            δ = 2d cos i +

            λ
            2

            当光程差
            干涉相长 干涉相消

            ?kλ ? δ = 2d cos i + = ? λ 2 ?(2k + 1) 2 ?

            λ

            每当 M1 移动 0.5 波长,就有一个条纹的涌、缩。所以 M1 移动的距离 ?d 与涌、缩的 条纹数 N 之间的关系为: λ 2 ?d ?d = N ? 所以 λ = 2 N [实验步骤] 1. 打开钠灯。 (新仪器为 He-Ne 激光) ; 2. 将三针孔板挂到毛玻璃上(新仪器不需要这一步) 。观察三针孔由 M1、M2 成像位置。 调节 M2 后面的螺钉,使两组像重合,出现干涉条纹。 3. 除去三针孔板,调节微动螺丝,使干涉图样变成同心圆环。 4. 适当调节 M1 的位置,使上述同心圆环变得稀疏、间距大。 5. 转动微动轮,让干涉圆环出现涌(缩) ,记下这时 M1 的位置。 6. 连续转动微动轮,每涌(缩)50 条圆环记录一次 M1 的位置,纪录在数据表格内。

            实验数据纪录表格
            λ Na ≈ 589.3nm , λHe? Ne = 632.8nm
            i di (mm) j dj(mm)
            ?d = (d j ? d i ) / 3

            0 150

            50 200

            100 250

            λi
            λ
            数据处理:

            λ = λ ±σλ

            σλ = tp

            ∑ (λ

            i

            ? λ )2

            n(n ? 1)

            ( n = 3)


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