邁克爾遜干涉儀研究性試驗報告

邁克爾遜干涉儀研究性試驗報告一、

實驗目的1、掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)方法并觀察各種干涉圖樣。2、區(qū)別等傾干涉、等厚干涉和非定域干涉，測定

He-Ne

激光波長二、

實驗儀器邁克爾遜干涉儀、

He-Ne

激光器及光源、小孔光闌、擴束鏡（短焦距會聚鏡）、毛玻璃屏等。（圖一）（圖二）三、

實驗原理①

用

He-Ne

激光器做光源，使激光通過擴束鏡會聚后發(fā)散，此時就得到了一個相關性很好的點光源，射到分光板

P1

和

P2

上后就將光分成了兩束分別射到

M1

和

M2

上，反射后通過

P1

、

P2

就可以得到兩束相關光，此時就會產(chǎn)生干涉條紋。②

產(chǎn)生干涉條紋的條件，如圖

2

所示，

B

、

C

是兩個相干點光源，則到

A

點的光程差δ=AB-AC=BCcosi,

若在

A

點出產(chǎn)生了亮條紋，則δ=2dcosi=kλ(k

為亮條紋的級數(shù)

)

，因為

i

和

k

均為不可測的量，所以取其差值，即λ=2Δd/Δk

。四、

實驗步驟1、打開激光電源，先不要放擴束鏡，讓激光照到分光鏡

P1

上，并調(diào)節(jié)激光的反射光照射到激光筒上。2、調(diào)節(jié)

M2

的位置使屏上兩排光中最亮的兩個光點重回，并調(diào)至其閃爍。3、將擴束鏡放于激光前，調(diào)節(jié)擴束鏡的高度和偏角，使光能照在

P1

分光鏡上，看顯示屏上有沒有產(chǎn)生同心圓的干涉條紋圖案。沒有的話重復

2

、

3

步驟，直到產(chǎn)生同心圓的干涉條紋圖案。4、微調(diào)

M2

是干涉圖案處于顯示屏的中間。5、轉動微量讀數(shù)鼓輪，使

M1

移動，可以看到中心條紋冒出或縮進，若看不到此現(xiàn)象，先轉動可度輪，再轉動微量讀數(shù)鼓輪。記下當前位置的讀數(shù)

d0

，轉動微量讀數(shù)鼓輪，看到中心條紋冒出或縮進

50

次則記一次數(shù)據(jù)，共記錄

10

次數(shù)據(jù)即

d0

、

d1

…d9

,d10,d11,d12。6、關閉激光電源，整理儀器，處理數(shù)據(jù)。五、

實驗數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄：k0d040.32932mmk1d140.31355mmk2d240.29711mmk3d340.28255mmk4d440.26660mmk5d540.25080mmk6d640.23502mmk7d740.21920mmk8d840.20344mmk9d940.18776mmk10d1040.17203mmk11d1140.15634mm數(shù)據(jù)處理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類不確定度σ(10^-3mm)=2.57*√((Σ(Δdi-Δd(平均))^2/30)=0.21B類不確定度(10^-5mm)=5合成不確定度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

知識拓展邁克爾遜干涉儀的最著名應用即是它在邁克爾遜-莫雷實驗中對以太風觀測中所得到的零結果，這朵十九世紀末經(jīng)典物理學天空中的烏云為狹義相對論的基本假設提供了實驗依據(jù)。除此之外，由于激光干涉儀能夠非常精確地測量干涉中的光程差，在當今的引力波探測中邁克爾遜干涉儀以及其他種類的干涉儀都得到了相當廣泛的應用。激光干涉引力波天文臺(LIGO)等諸多地面激光干涉引力波探測器的基本原理就是通過邁克爾遜干涉儀來測量由引力波引起的激光的光程變化，而在計劃中的激光干涉空間天線(LISA)中，應用邁克爾遜干涉儀原理的基本構想也已經(jīng)被提出。邁克爾遜干涉儀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