用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长.ppt

用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长,物理思想,迈克尔逊干涉仪基于一种最典型的分振幅双光束干涉原理，尤其光路决定，可灵活实现分振幅等倾干涉和等厚干涉，利用等倾干涉图样，改变等效平行薄膜厚度，会使干涉图样中心将不断发生冒出或缩进圆环的现象，定量记录冒出或缩进圆环的数目，即可测定入射光的波长。,实验目的,了解迈克尔逊干涉仪的构造及设计原理，掌握调节方法。利用点光源产生的同心圆干涉条纹测定单色光的波长。实验仪器 WSM-100型迈克尔逊干涉仪、HN-Q型激光器、扩束透镜。,实验原理,迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图1与2所示。M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜，M1的位置是固定的，M2可沿导轨前后移动。G1、G2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，与M1、M2均成45角。G1的一个表面镀有半反射、半透射膜A，使射到其上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光；G1称为分光板。,图1 迈克尔逊干涉仪光路图,当光照到G1上时，在半透膜上分成相互垂直的两束光，透射光（1）射到M1，经M1反射后，透过G2，在G1的半透膜上反射后射向E；反射光（2）射到M2，经M2反射后，透过G1射向E。由于光线（2）前后共通过G1三次，而光线（1）只通过G1一次，有了G2，它们在玻璃中的光程便相等了，于是计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中的光程差就可以了，所以G2称为补偿板。当观察者从E处向G1看去时，除直接看到M2外还看到M1的像M1。于是（1）、（2）两束光如同从M2与M1反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。,1 微调手轮；2 粗调手轮；3 刻度盘；4 丝杆啮合螺母；5 毫米刻度尺；6 丝杆；7 导轨；8 丝杆顶进螺帽；9 调平螺丝；10锁紧螺丝；11可动镜M2；12观察屏；13倾度粗调；14固定镜M1；15倾度微调；16倾度微调；17G1、G2,图2 迈克尔逊干涉仪结构图,单色光波长的测量,当M2M1时，即M2平行于M1,若光以同一倾角入射在M2和M1上，射后形成两束相互平行的相干光，其光程差为：,d固定时，可看出倾角相同方向上两相干光光程差均相等。具有相等的各方向光束形成一圆锥面，因此在无穷远处形成等倾干涉条纹呈圆环形，这是眼睛对无穷远调焦就可以看到一系列同心圆。越小，干涉圆环直径越小，它的级次k越高.圆心处=0，cos值最大，这时有,所以圆心处级次最高。,当使d增加时，圆心的干涉级次越来越高，就看到圆环一个一个从中心冒出来；反之，就看到圆环一个一个从中心缩进去；每当d增加或减少/2,就会冒出或缩进一个圆环。因此，若测出移动的距离 d和冒出（或缩进）圆环数N，就可以求出波长为。,实验内容与步骤,1.调节仪器（1）打开激光器，粗略调节迈克尔逊干涉仪与激光器大致处于同一水平高度，让激光束通过分光板和补偿板中心垂直入射到平面镜M2的中心（目测）。（2）将平面镜M1和M2背后的轻度至于松紧合适的中间位置（留有可调余地）。（3）转动手轮，尽量使M1、M2同分光斑的距离相等（目测）。（4）遮住M1，调节M2背后的倾度粗调螺钉，使其反射的光点正好射回激光器的发射孔中。（5）遮住M2，调节M1背后的倾度粗调螺钉，使M1反射的三个光点中间的一个（最亮）回到激光器的发射孔中，此时达到了粗调的要求。（6）将扩束透镜放置在激光器与分光板之间的适当位置，让透射光照射到分光板上，再观察屏E的背面就可以观察到等倾干涉圆环条纹，这时的条纹可能不够圆或者中心便宜，再微调M2的轻度微调螺丝，使条纹变圆且居中，此时，以满足M2M1的要求。,2 测量,由测量波长关系式可知，是一定值，平移M1来改变d，观察等倾圆环条纹的变化规律并记录。每冒出或缩进50个圆环（中央亮斑最大）记录一次M1镜的位置，连续测9次，用逐差法处理实验数据。,注意事项,（1）切勿用眼睛直视激光。（2）切勿用手触摸各种镜的光学表面。（3）精密丝杆及导轨精度很高，受损会影响仪器精度，操作时动作要慢，严禁粗鲁、急躁。（4）实验时，要避免引入空程误差，记录M1镜再个位置的读数时，微动手轮应单方向转动。,数据及处理,1.数据列表,2.数据处理,