用邁克爾遜干涉儀測定激光波長

1、用邁克爾遜干涉儀測定激光波長和鈉光雙線的波長差姓名學(xué)號班級桌號教室基教1303實(shí)驗(yàn)時(shí)間2 0年月日時(shí)段指導(dǎo)教師一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察干涉條紋，考查點(diǎn)光源的非定域干涉、面光源的等傾、等厚干涉的形成條件、條紋 特點(diǎn)，加深對干涉理論的理解；2 熟悉邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)及調(diào)整和使用方法；學(xué)會(huì)用它測量單色光波波 長及鈉光雙線的波長差。二、實(shí)驗(yàn)儀器邁克爾遜干涉儀，激光器，鈉光燈。三、實(shí)驗(yàn)原理（預(yù)習(xí)填寫空白內(nèi)容）1.產(chǎn)生干涉的等效光路邁克耳遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉花樣與Mi、M2/間的空氣薄膜（厚度為d）所產(chǎn)生的干涉是一樣的。2 .單色點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉非定域干涉是指：圖1邁克爾遜干涉的光路圖He

2、-Ne激光光源發(fā)出的球面波先被分束鏡G i分光，然后射向兩個(gè)全反鏡，經(jīng)Mi, M2/反射后，在人眼觀察方向就得到兩個(gè)相干的球面波，在它們相遇的空間處形成非定域干涉。當(dāng)MJ/ M2 /時(shí)，和Mi平行放置的觀察屏上就出現(xiàn)同心圓條紋，圓心在光場的中心。兩虛點(diǎn)光源間距是 Mi和M2/間距d的倍，即圓心處光程差為 。若將屏E放在滿足Z>> d的地方，光程差可近似為 L = 2dcosB當(dāng) L = 時(shí)形成明條紋當(dāng) L = 時(shí)形成暗條紋。（式中k=0,i,2 稱為干涉級）當(dāng)9= 0時(shí)，光程差L最大，故圓心 A點(diǎn)對應(yīng)的干涉級 k最高。移動(dòng) Mi,若d增加，與 k級相應(yīng)的條紋的B角變大，條紋沿半徑外

3、移，可看到條紋從中心“涌出”的現(xiàn)象。反之，條 紋向中心“收縮”。每“涌出”或“收縮”一個(gè)條紋，光程差 L改變個(gè)波長。設(shè)Mi移動(dòng)了 d距離相應(yīng)地“涌出”或“收縮”的條紋數(shù)為N，則 L= 2 c=N，,即卩.2Adk =N只要從儀器上讀出 Mi移動(dòng)的距離 Ad,并數(shù)出中心 涌出”或收縮”的條紋數(shù)N ,利用上 式就能測出光源波長 。3 .單色面光源產(chǎn)生的干涉面光源中不同的發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的光束雖互不相干，但每一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光束，經(jīng)邁氏干 涉儀后可以產(chǎn)生自己的干涉圖樣，無數(shù)點(diǎn)光源產(chǎn)生的干涉圖樣的疊加結(jié)果所形成的穩(wěn)定可見 的干涉圖樣由Mi、M2 /的相對位置決定。若光源中包含有波長相近的兩種單色光、和-2,

4、=匕+厶。移動(dòng)Mi改變d,則可遇到這樣情況：分束鏡所分兩束光的光程差恰為的整數(shù)倍而同時(shí)又為'2的半整數(shù)倍，即：L =這時(shí)，'i光生成亮環(huán)的地方，恰為 '2光生成暗環(huán)的地方。若這兩列光波強(qiáng)度相等，則這些地方 的反襯度為零，這時(shí)視場中將看不到干涉條紋。繼續(xù)移動(dòng)Mi、的明紋和'2的暗紋漸漸錯(cuò)開,反襯度增加。當(dāng)-i的明紋和'2的明紋相重迭時(shí)，反襯度最高 V= i，此時(shí)干涉條紋最清晰。2考慮到與2相差很小，故 i2=(')；又厶L = 2 A d,故有：只要知道兩波長的平均值 和視場中心相繼兩次反襯度為零Mi所移過的距離A d，就可求出兩者的波長差.。根據(jù)

5、這一原理，可測量鈉光 D雙線的波長差。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 邁克爾遜干涉儀調(diào)節(jié)（閱讀教材，填寫箭頭指向部件的名稱）圖2邁克爾遜干涉儀（1）利用水平調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)干涉儀大致水平。（2）調(diào)節(jié)Mi丄M2，并觀察非定域干涉：首先，放松Mi、M2鏡背后的調(diào)節(jié)螺釘；調(diào)節(jié)大手輪使M1鏡移至50mm附近；調(diào)節(jié)兩個(gè)拉簧螺絲至中間位置，即保證向里向外都能擰；接著，要注意調(diào)整好光路，出射激光光束應(yīng)水平、與分束板成45°角;再取下觀察屏，直接向 Mi鏡方向看過去。細(xì)心調(diào)整 Mi、M2鏡后的調(diào)節(jié)螺釘，改變反射鏡 的傾度，使 Mi鏡里兩列像點(diǎn)中最亮的兩個(gè)點(diǎn)完全重合。此時(shí)，看到光點(diǎn)閃耀跳動(dòng)，并伴有干涉 條紋（不清晰）。

6、這時(shí)，大致有M1丄M2。安上觀察屏即可看到干涉條紋即點(diǎn)光源的非定域干涉條 紋。緩慢、細(xì)心地調(diào)節(jié) M鏡下端的兩個(gè)拉簧螺絲，使干涉條紋呈圓形且圓心大致在視場中心。 此時(shí)，基本上做到了 Mi丄M2。最后輕而緩慢地旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪， 移動(dòng)Mi鏡，觀察干涉條紋的變化。由干涉條紋的“涌出”、“陷入”判斷 Mi、M2 /間距離d的變化情況。2 測氦一氖激光的波長（1）微調(diào)手輪零點(diǎn)調(diào)節(jié)；（2）消除螺紋間隙誤差；（3）測量激光波長開始時(shí)（N = 0）記下Mi鏡的位置（d。）。緩慢而均勻地旋轉(zhuǎn)鼓輪，記數(shù)從干涉圓紋中心“涌出”（或陷入）的條紋數(shù)，每隔 20個(gè)條紋記一次 Mi的位置（d。、d2。、d40、d60di8。）

7、。 利用得到的數(shù)據(jù)計(jì)算激光波長，并用不確定度完整表示測量結(jié)果。單位mmdod20d40d60d80di00di20di40di60di80di00 dodi20 一 d20di40 一 d40di60 一 d60di80 一 d801Ad=5（)=mmUAF（寫出計(jì)算關(guān)系式）2"A =N =mm =nmu =2% =N結(jié)果表示：'3 .觀察等傾干涉，測量鈉黃光D雙線的波長差。在上面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，移動(dòng) Mi,使d 0 （ d0的判斷：理論上當(dāng) d 0時(shí)中央暗紋將擴(kuò)大 到整個(gè)觀察屏上，但是實(shí)驗(yàn)過程中一般觀察不到此現(xiàn)象。d越大時(shí)條紋越密，d越小時(shí)條紋越稀疏，因此我們把干涉條紋間距最大時(shí)認(rèn)定為 d- 0,此時(shí)在觀察屏上僅能看到 幾條條紋。）取掉激光器，換上帶毛玻璃片鈉光燈，使光束經(jīng)毛玻璃漫散射后成為均勻的擴(kuò)展面光源大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告（邁克耳遜干涉儀） 照亮分束板 Gi。在E處用用眼睛向著 Gi觀察，將看到圓形等傾干涉條紋。使用粗調(diào)手輪，但旋轉(zhuǎn)要慢，同時(shí)注意觀察反襯度變化。反襯度最大時(shí)條紋最清晰，反襯度為0時(shí)條紋消失。注意尋找相鄰的反襯度為0的幾個(gè)位置。采用逐差法求出d，計(jì)算鈉光D雙線波長差也呃取589.3nm），用不確定度完整表示測量結(jié)果。單位mmdid2d3d4d5d6d =()=mmUAd=（寫出計(jì)算關(guān)系式