邁克爾遜干涉儀專題實驗報告

邁克爾遜干涉儀專題實驗報告摘要：本文主要討論了邁克爾遜干涉儀三個相關實驗測量的具體過程和實驗中遇到的問題及相應的解決方案，總結了三個實驗的相關經(jīng)驗及實驗中存在的相關誤差的分析。關鍵詞：邁克爾遜干涉儀、測量鈉光雙線波長差、測量玻璃折射率。正文背景及相關介紹：邁克爾遜干涉儀是1883年美國物理學家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設計制造出來的精密光學儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉。通過調整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。主要用于長度和折射率的測量，此外它還被應用于尋找太陽系外行星的探測中，雖然在這種探測中馬赫-曾特干涉儀的應用更加廣泛。在光譜學中，應用精確的邁克爾遜干涉儀或法布里-珀羅干涉儀，可以準確而詳細地測定譜線的波長及其精細結構。實驗原理及實驗過程：實驗原理：三個實驗均是通過調整從同一光源發(fā)出的兩條相干光線到視野的光程差，找到光源發(fā)生干涉現(xiàn)象的距離。之后，通過精密的儀器測量和理論推導的公式求出波長、雙線波長差或測量玻璃的折射率等。其中：⑴測量鈉光雙線波長差：（注：λ1=589.6nmλ2=589.0nmΔd：兩次最模糊或最清晰M1所移動的距離）⑵白光測量玻璃的折射率：實驗過程中儀器調整應注意的問題：=1\*GB2⑴邁克爾遜干涉儀的測前調整：首先要使用激光來微調M1和M2使其相互垂直，用眼睛觀察M1中的兩排激光點依次對應（亮度最強的相互對應，亮度弱的相互對應）。使用激光的目的是因為激光的強度高且不易發(fā)生色散。調整的過程中要注意M1和M2后的6個旋鈕要同時地進行微調，不能僅適用一面鏡子后的旋鈕。注意：此步的精準程度直接影響到后面干涉現(xiàn)象是否能出現(xiàn)。=2\*GB2⑵邁克爾干涉儀測鈉光雙線波長差：換上鈉光燈后繼續(xù)調節(jié)，直至視場中出現(xiàn)清晰、可見度較好的圓環(huán)。需要注意的是，圓環(huán)的寬度要調整適中，視場中出現(xiàn)4個左右為好，而且，要將圓環(huán)的中心調整到視場的中心。=3\*GB2⑶白光測量玻璃的折射率：換上白光燈后繼續(xù)調節(jié)，這時要注意螺旋調鈕的旋轉方向，要將旋鈕向靠近觀察者的方向調整，以免調整的錯誤。同時，為了防止強光干擾彩色干涉條紋的觀察，要將毛玻璃片放到白光的光路中央。當?shù)谝淮尾噬珬l紋出現(xiàn)后繼續(xù)按原方向調整，根據(jù)理論推導，繼續(xù)調整還需一段距離，可先快速地轉動旋鈕，片刻后，再仔細調整。=4\*GB2⑷法布里干涉儀的測前調整：首先，要轉動粗調旋鈕，使P1、P2的鏡片之間的距離大約1.5mm左右（注意不能使P1和P2相碰）。點亮鈉光燈，使光窗的位置處于P1的正前方，調節(jié)背面的6個旋鈕使十字相完全重合。要注意的是，由于眼睛觀察的誤差市場中未必會出現(xiàn)條紋，這是因為十字相并沒有嚴格重合造成的，需要繼續(xù)調節(jié)。之后，換上望遠鏡，調整拉簧使圓環(huán)中心在視場中央，且條紋中心隨眼睛而移動。=5\*GB2⑸法布里干涉儀測量鈉光雙線波長差：為測量準確要注意調整圓環(huán)的清晰度，而且要在出現(xiàn)雙線的條紋時再開始第一個計數(shù)。為避免回程誤差，必須沿一個方向旋轉手輪。實驗數(shù)據(jù)的誤差分析：1、在實驗時激光只能做到與鏡面大體平行、垂直，所以說會與理論上推導出來的公式有一定的誤差。2、大小鼓輪反轉而引進的空轉誤差，在每次測量必須沿同一方向旋轉轉盤，不得中途倒退。3、因為條紋中心冒出（或陷入）時，條紋數(shù)容易數(shù)錯，得到的讀數(shù)容易產(chǎn)生誤差。所以在調節(jié)和測量過程中，一定要非常細心和耐心，轉盤的轉動要慢。4、由于眼睛的視覺造成最亮最暗位置判斷誤差。5、測量玻璃片厚度時，由游標卡尺造成的誤差。四、實驗結論：總的來說，這三個光學實驗的實驗儀器的精度較高。在實驗儀器調整誤差較大時現(xiàn)象不明顯或者根本不會出現(xiàn)，所以在記錄讀取數(shù)據(jù)認真仔細時，做出來的實驗結論基本與理論值相差不多，誤差在0.1%左右。邁克爾遜測鈉光雙線波長差的實驗：實驗現(xiàn)象：觀察到等寬的明暗相間的條紋，轉動旋鈕觀察到條紋的吞吐現(xiàn)象。實驗測量計算值：Δλ=0.629nm真實值：Δλ=0.6nm白光測量玻璃折射率：實驗現(xiàn)象：觀察到彩色干涉直條紋，而且條紋的寬度很細。實驗測量計算值：n=1.524真實值：1.5~1.7之間法布里干涉儀測鈉光雙線波長差：實驗現(xiàn)象：能明顯的看到明暗相間且寬度不等條紋，其中較寬的一條亮條紋外有一條較細的亮條紋環(huán)繞。本實驗的實驗現(xiàn)象較第一個實驗明顯，儀器更精確，能看見更準確的雙線。實驗測量計算值：Δλ=0.592nm真實值：Δλ=0.6nm實驗體會：實驗前，大家都說光學的實驗儀器不好調、實驗不好做。但通過這三個實驗的親自實踐的過程，雖然遇到了很多困難，我確實學到了很多東西，在自主探究和小組討論方面都有了明顯的提高。對光學實驗儀器以及其研究思路、研究方法、研究過程都有了更深的了解。其中，在實驗讀數(shù)的時候，多而繞眼的圓環(huán)數(shù)更是讓我體會到了身為科研人員的辛苦和不易，我的態(tài)度也更加認真了。參考