迈克尔逊干涉仪的调节和使用
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迈克尔逊干涉仪的调节和使用1、了解光的干涉花样形成的原理,能区别等倾干涉和等厚干涉;2、学会使用迈克尔逊干涉仪,并能用其测量激光的波长;3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。
重点:迈克尔逊干涉仪的调整和使用难点:1 )干涉花样形成的原理;2)白光干涉图样的调节讲授与演示相结合3学时一、实验简介光的干涉是重要的光学现象之一,是光的波动性的重要实验依据。
两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象,即光的干涉现象。
相干光源的获取除用激光外,在实验室中一般是将同一光源采用分波阵面或分振幅两种方法获得,并使其在空间经不同路径后会合产生干涉。
根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式,可以测出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等,因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。
在物理学史上,迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验,精确地测量微小“长度”,否定了“以太”的存在,这个著名实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路,1907年获诺贝尔奖。
迈克尔逊干涉仪原理简明,构思巧妙,堪称精密光学仪器的典范。
随着对仪器的不断改进,还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。
目前,根据迈克尔逊干涉仪的基本原理,研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产生活和科技领域。
如观察干涉现象,研究许多物理因素(如温度、压强、电场、磁场等)对光传播的影响,测波长、测折射率等。
、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理;2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法;3、观察等倾干涉条纹,测量 He Ne 激光的波长; 4 、了解钠光、白光干涉花样的特点。
三、实验原理“涌出”和“陷入”的交接点为d 0情况4)干涉条纹的分布是中心宽边缘窄,i k i k i k12di k (d,i k 增加时条纹变窄)2、M 1和M 2有一很小的夹角——等厚干涉2dcosi 2d 1 i 22在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉等效于 膜M 「M 2的薄膜干涉。
实验三十八 迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】1. 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理,掌握其调节和使用方法。
2. 应用迈克尔逊干涉仪,测量He-Ne 激光的波长。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器、扩束镜。
【实验原理】干涉仪是凭借光的干涉原理来测量长度或长度变化的精密仪器。
实验室中最常用的迈克尔逊干涉仪,其原理图和实物图如图3-38-1所示。
1M 和2M 是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜,其背面各有三个调节螺钉,用来调节镜面的方位;2M 是固定的;1M 由精密丝杆控制可沿臂轴前后移动,移动的距离有转盘读出。
确定1M 的位置有三个读数装置:(1)主尺:在导轨侧面,最小刻度为毫米;(2)读数窗:可读到0.01mm ;(3)带刻度盘的微调手轮:可读到0.0001mm ,估读到5-10mm 。
在两臂轴相交处有一与两臂轴各成45°的平行平面玻璃板1P ,且在1P 的第二平面上镀以半透(半反射)膜以便使入射光分成振幅近乎相等的反射光(1)和透射光(2),故1P 板又称为分光板。
2P 也是一平行平面玻璃板,与1P 平行放置,其厚度和折射率均相同,用来补偿(1)和(2)之间附加的光程差,故称为补偿板。
从扩展光源S 射来的光在1P 处分成两部分,反射光(1)经1P 反射后向着1M 前进,透射光(2)透过向着2M 前进,这两束光分别在1M 、2M 上反射后逆着各自的入射方向返回,最后都达到E 处。
由于两列波来自同一波源上同一点,故是相干光,在E 处可观察到干涉图样。
由于光在分光板1P 的第二面反射,2M 在1M 附近形成一平行于1M 的虚像2'M ,因而自2M 和1M 的反射,相当于自是1M 和2'M 的反射。
由此可见,在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。
一、扩展光源照明产生的干涉图1. 当1M 和'2M 严格平行时,所得的干涉为等倾干涉。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用迈克尔逊干涉仪是光学实验中一种重要的仪器,它的原理是基于干涉现象来测量长度、速度、折射率等物理量。
因此,正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪对于实验结果的准确性和可靠性至关重要。
一、调节步骤1、粗调:首先调整干涉仪的粗调旋钮,使干涉条纹大致对称。
2、细调:然后调整干涉仪的细调旋钮,使干涉条纹更加清晰、对称。
具体步骤如下:(1)将光源对准干涉仪的入射缝,调整干涉仪的三个脚螺旋,使干涉条纹出现在视野中。
(2)调节干涉仪的粗调旋钮,使干涉条纹大致对称。
(3)调节干涉仪的细调旋钮,使干涉条纹更加清晰、对称。
可以通过观察干涉条纹的移动方向和距离来判断调节是否正确。
(4)重复以上步骤,直到干涉条纹完全对称、清晰。
二、使用注意事项1、保持干涉仪的清洁,避免灰尘和污垢进入干涉仪内部。
2、在调节过程中,要轻拿轻放,避免损坏干涉仪的精密部件。
3、在使用过程中,要避免过度调节粗调旋钮和细调旋钮,以免损坏干涉仪的调节机构。
4、在记录实验数据时,要保证记录的准确性和完整性。
5、在实验结束后,要将干涉仪恢复到初始状态,以便下一次使用。
正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪需要耐心和细心。
只有掌握了正确的调节方法,才能更好地发挥其作用,提高实验的准确性和可靠性。
迈克尔逊干涉仪法测定玻璃折射率迈克尔逊干涉仪是一种精密的光学仪器,其原理基于干涉现象,能够用于测量微小的长度变化和折射率。
本文将介绍如何使用迈克尔逊干涉仪法测定玻璃的折射率。
一、实验原理折射率是光学材料的一个重要参数,它反映了光在材料中传播速度的改变。
迈克尔逊干涉仪法利用干涉现象来测量折射率。
当光线通过不同介质时,其速度和波长都会发生变化,这就导致了光程差的产生。
通过测量光程差,我们可以计算出介质的折射率。
二、实验步骤1、准备实验器材:迈克尔逊干涉仪、单色光源(如激光)、测量尺、待测玻璃片。
2、将单色光源通过分束器分为两束相干光束,一束直接照射到参考镜,另一束经过待测玻璃片后照射到测量镜。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告一、仪器调节1.调整镜面平行度:首先放置迈克尔逊干涉仪的光源,然后用手将光源移动,调整反射平面镜的角度,使光线在迈克尔逊干涉仪的整个光路中都能自由传播。
2.调整分束镜:使用一张透明的玻璃片将光线分束,再观察平行光束通过分束镜后是否能刚好落在平面镜的表面上,如果不能,则需要调整分束镜的位置,直到两束光线都能够平行而且刚好敲在平面镜上。
3.调整反射镜:迈克尔逊干涉仪中的反射镜有一个活动镜面,需要调整其位置,使两束光线在平面镜上反射时能够准确地再次合成一束光线,从而形成干涉现象。
4.调整干涉条纹:最后,可以在观察屏幕上是否能够清晰地看到干涉条纹,在实验过程中可以适当调整光源的位置或者调整反射镜的倾斜角度,以获得更好的干涉效果。
二、实验使用1.实验准备:首先设置好迈克尔逊干涉仪,并确保调节好仪器,使光线能够正常穿过仪器。
2.实验操作:将待测光源置于迈克尔逊干涉仪的一个光路中,调整干涉仪中的反射镜位置,使干涉条纹清晰。
然后,改变待测光源的位置,测量干涉条纹的移动量,利用已知的反射器间距和探测器移动的距离,可以计算得到光的速度。
3.数据处理:使用测得的数据和已知的仪器参数,进行计算和分析。
根据测得的干涉条纹移动量和已知的反射器间距,利用干涉仪的原理和公式,计算得到光的速度。
5.讨论和结论:根据实验结果,对实验中的不确定因素进行讨论,并得出结论。
如果实验结果与理论值一致,说明测量方法正确并且仪器使用正常;如果存在差异,可以分析差异的原因,并进一步完善实验方法或改善仪器使用的条件。
总之,迈克尔逊干涉仪是一种常见的用于测量干涉现象的仪器,通过调节和使用可以进行光速测量、薄膜厚度测量等实验。
在进行实验操作时,需要注意仪器的准确调节和数据的准确处理,以确保实验结果的可靠性。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用一.实验原理迈克尔逊干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪,其光路如右图所示,它由反光镜M1,M2、分束镜P1和补偿板P2组成。
其中M1是一个固定反射镜,反射镜M2可以沿光轴前后移动,他们分别放置在两个相互垂直臂中,分束镜和补偿板与两个反射镜均成45°且相互平行,分束镜P1的一个面镀有半透半反膜,它能将入射光等强度的分为两束;补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。
迈克尔逊干涉仪结构如下图所示,镜M1、M2的背面各有三个螺丝,调节M1、M2镜面的倾斜度,M1的下端还附有两个互相垂直的微动拉簧螺丝,用以精确的调整M1的倾斜度。
M2镜所在的导轨拖板由精密丝杠带动,可沿着导轨前后移动。
M2镜的位置由三个读数尺所读出的数值的和来确定,主尺、粗调手轮和微调手轮。
如图所示,躲光束激光器提供的每条光纤的输出端是一个短焦距凸透镜,经其汇聚后的激光束,可以认为是一个很好的点光源S发出的球面光波。
S1’为S经M1以及G1反射后所成的像,S2’为S经G1以及M2反射后所成的像。
S2’和S1’为两相干光源。
发出的球面波在其相遇的空间处处相干。
为非定域干涉,在相遇处都能产生干涉条纹。
空间任一点P的干涉明暗由S2’和S1’到该点的光程差Δ=r2-r1决定,其中r2和r1分别为S2’和S1’到P点的光程。
P点的光强分布的极大和极小的条件是:Δ=kλ(k=0,1,2…)为亮条纹Δ=(2k+1)λ(k=0,1,2…)为暗条纹2.He-Ne激光波长的测定当M1’与M2平行时,将观察屏放在与S2’,S1’连线相垂直的位置上,可看到一组同心干涉圆条纹,如图所示。
设M1’与M2之间的距离为d,S2‘和S1‘之间的距离为2d,S2’和S1‘在屏上任一点P的光程差为Δ=2dcosφφ为S2’到P点的光线与M2法线的夹角。
当改变d,光程差也相应发生改变,这时在干涉条纹中心会出现“冒进”和“缩进”的现象,当d增加λ/2,相应的光程差增加λ,这样就会“冒出”一个条纹;当d减少λ/2,相应的光程差减少λ,这样就会“缩进”一个条纹;因此,根据“冒出”和“缩进”条纹的个数可以确定d的该变量,它可以用来进行长度测量,其精度是波长量级,当“冒出”或“缩进”了N个条纹,d的改变两δd为:Δd=Nλ/2二.实验内容1.调节干涉仪,观察非定域干涉(1)水平调节,调节干涉仪底角螺丝,使仪器导轨水平,然后用锁圈锁住。
实验报告班级姓名学号日期室温25.7℃气压102.51KPa 成绩教师实验名称迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】1、了解迈克尔逊干涉仪的工作原理,掌握其调节和使用的方法;2、应用迈克逊干涉仪,测量He-Ne激光器、扩束镜。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜。
【实验原理】迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图所示。
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。
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M1ˊ。
于是(1)、(2)两束光如同从M2与M1ˊ反射来的,因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1´~M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。
当M1 和M2ˊ严格平行时,所得的干涉为等倾干涉。
所有倾角为i的入射光束,由M1和M2ˊ反射光线的光程差△均为△=2dcosiM2平行M1’且相距为d,S发出的光对M2来说,如S’发出的光,而对于E处的观察者来说,S’如位于S2’一样。
又由于半反射膜G的作用,M1如同处于S1’的位置,所以E处观察到的干涉条纹,犹如S1’、S2’发出的球面波,它们在空间处处相干,把观察屏放在E空间不同位置,都可以看到干涉花纹,因此这一干涉为非定域干涉。
如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’的位置上,则可以看到一组同心圆,而圆心就是S1’,、S2’的连线与屏的交点E 。
实验十二迈克尔逊干涉仪的调节和使用19世纪末,迈克尔逊为了确定当时虚构的光传播介质—“以太”的性质,设计和制造了该种干涉仪,并在1881年与莫雷合作在该干涉仪上进行了历史上有名的迈克尔逊—莫雷测“以太”风实验,实验得到了否定的结果,为爱因斯坦1905年创立相对论提供了实验基础。
迈克尔逊干涉仪是用分振幅的方法产生双光束以实现干涉的仪器。
它的主要特点是两相干光束完全分开,这就很容易通过改变一光束的光程来改变两相干光束的光程差,而光程差是可以以光波的波长为单位来度量的。
因此,迈氏干涉仪及其基本原理已被广泛应用于长度精密计量、光学平面的质量检验和傅里叶光谱技术等方面,是许多近代干涉仪的原型。
通过本实验希望同学们能了解迈氏干涉构造原理和调节方法,对单色光的等倾、等厚干涉条纹以及复色光的干涉条纹有一个直观的印象,掌握用迈氏干涉仪测量波长和波长差的方法。
【实验目的】1.掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法。
2.用迈克尔逊干涉仪测定氦-氖激光的波长。
【实验原理】图12-1 迈克尔逊干涉仪光学系统迈克尔逊干涉仪的光路如图15-1所示,干涉仪上各光学元件的名称已注明图上。
来自光源S的光经分光板P1分成强度大致相等而在不同方向传播的两束光(1)和(2),它们分别由反射镜M1、M2反射后,又经过分光板P1射向观察系统,由于(1)和(2)两束光是相干光波,所以在观察系统中将见到该两光束的干涉图样。
为了便于理解干涉条纹的形成和它的形态,根据分光板P1的半透半反膜及反射镜M1、M2在光路中的作用,将干涉仪的光路简化成图12-2的形式是合理的。
图中S′是S关于P1(反射膜)的像,M2´是M2关于P1的像,S1´和S2´分别是S′关于M1和M2´的像。
它们的相对位置决定于S、M1和M2相对于O点的距离。
在分析一点光源S发出的光线经过干涉仪以后的干涉时,只要看两个相干点源S1´和S2´发出的对应光线的干涉就可以了。
2 迈克尔逊干涉仪的调整和使用仪器简介迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷发明的分振幅法双光束干涉仪,其主要特点是两相干光束分得很开,且它们的光程差可通过移动一个反射镜(本实验采用此方法)或在一光路中加入一种介质来方便地改变,利用它可以测量微小长度及其变化,随着应用的需要,迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式。
迈克尔逊干涉仪的结构如图,一个机械台面5固定在较重的铸铁底座2上,底座上有三个调节螺丝钉1,用来调节台面的水平。
在台面上装有螺距为1毫米的精密丝杆6,丝杆的一端与齿轮系统12相连接,转动手轮13或微调鼓轮15,都可使丝杆转动,从而使卡在丝杠上的平面镜M 2沿着导轨7移动。
M 2镜的位置及移动的距离可从装在台面左侧的毫米标尺(未画出)、读数窗11及微调鼓轮15上读出。
手轮和微调鼓轮圆周均被分成100小格,微调鼓轮每转一周,手轮就转过1格;手轮每转过一周(由读数窗读出),M 2镜就平移1毫米。
由此可见,三个位置读数时,最小刻度有如下关系:毫米标尺(直线)∶手轮(读数窗)∶微调鼓轮(刻度圆周)=104∶102∶1根据有效数字的特点,在微调鼓轮圆周上还可估读一位,即以毫米为单位记录M 2镜的位置时,应保留到10-5。
M 1镜是固定在镜台上的,M 1 、M 2两镜的后面各有三个螺丝钉4,可改变镜面倾斜度(实验中只调节M 1镜后的螺丝),M 1镜台下面还有一个水平微调螺丝和一个垂直微调螺丝,其松紧使镜台产生一极小的形变,从而可以对M 1镜的倾斜度作更精细的调节,G 1和G 2分别为分光板和补偿板。
M 1 、M 2和G 1的内表面都镀了银(便于反射光线,其中G 1的内表面为半反射面)。
在操作及测量读数时要注意:(1)分光板G 1、补偿板G 2和平面镜M 1(M 2)均成45°角,且已固定在基座上,调节时动作要轻,不得强扳。
(2)分光板G 1、补偿板G 2、平面镜M 1和平面镜M 2均为精密光学元件,必须保持清洁,切忌6精密丝杆(附标尺)11 读数窗 12 13 15 14 16触摸或拆卸,也不要擦拭光学表面。
实验迈克尔逊干涉仪的调节和使用迈克尔逊干涉仪是一种用于测量光波长或者光速的仪器。
它的原理是利用光的干涉现象,通过对干涉条纹的观察来确定光波长或光速。
在使用迈克尔逊干涉仪之前,需要对其进行调节和使用。
本文将介绍迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法。
一、迈克尔逊干涉仪的构成迈克尔逊干涉仪由四个主要部分组成,包括光源、分束器、反射镜和接收屏。
其中,光源产生光线,分束器将光线分成两束,反射镜将光线反射并重新合并,接收屏上观察条纹以得到测量结果。
(一)调节分束器1、端口对准:将分束器的两个端口(输入端和输出端)对准迈克尔逊干涉仪的两个端口。
2、校正透镜:将透镜与分束器固定并利用透镜校正分束器的输出光斑。
3、调节分束比:通过微调分束器的输入端镜片的位置来调节分束比。
4、校准光路:检查光路是否正确,包括分束后光线是否平行、目标反射镜是否正对着分束器等等。
(二)调节反射镜1、调整反射镜位置:将反射镜置于正确的位置并垂直于光路。
2、确定反射面度数:通过原理图和求解器确定反射面的度数,比如60度。
3、调节反射镜倾斜度:利用半反射膜来调节反射镜的倾斜度,并通过角度计来检查反射镜是否平行于接收屏。
(三)调节光源1、选择光源:选择一款适合的光源。
2、调整灯丝位置:将灯丝调整到正确的位置,使其照亮整个系统。
3、调节灯丝亮度:通过增减电压来调节灯丝的亮度。
(四)调节接收屏1、确定焦距:通过调节接收屏的距离和位置,找出最合适的焦距。
2、校准位置:将接收屏和反射镜垂直,通过调节位置校准光路。
1、准备工作:确保所有部件都已经开始预热,光线已经稳定。
2、测量方法:打开光源,观察条纹的规律性,通过实验得到测量结果。
3、数据处理:将观察到的条纹照片拍摄下来,进行后续处理,包括调整对比度和亮度以及增加标尺等等。
四、注意事项1、留意温度:因为干涉仪精度较高,所以需要注意外部温度的影响。
2、留意光线:因为干涉仪只能使用单色光线,因此需要注意室内环境的影响。
实验五迈克尔逊干涉仪的调节和使用一、实验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的构造原理,掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法;2.学会调节非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉和白光干涉条纹,研究这几种干涉条纹形成的条件和条纹特点,变化规律及相互间的区别;3.学会用迈克尔逊干涉仪测定光波波长。
二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、扩束透镜、毛玻璃等。
三、实验原理1.迈克尔逊干涉仪的原理图1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图,图中M1和M2是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜,其中M1是固定的;M2由精密丝杆控制,可沿臂轴前、后移动,移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。
在两臂轴线相交处,有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板p1,它的第二个平面上镀有半透(半反射)的银膜,以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵,故p1又称为分光板。
p2也是平行平面玻璃板,与p1平行放置,厚度和折射率均与p1相同。
由于它补偿了光线⑴和⑵因穿越p1次数不同而产生的光程差,故称为补偿板。
从扩展光源S射来的光在p1处分成两部分,反射光⑴经p1反射后向着M2前进,透射光⑵透过p1向着p1前进,这两束光分别在p2、p1上反射后逆着各自的入射方向返回,最后都达到E处。
因为这两束光是相干光,因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。
由M1反射回来的光波在分光板p1的第二面上反射时,如同平面镜反射一样,使M1在M2附近形成M1的虚像M1′,因而光在迈克尔逊干涉仪中自M2和M1的反图1 迈克尔逊干涉仪光路射相当于自M 2和M 1′的反射。
由此可见,在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。
当M 2和M 1′平行时(此时M 1和M 2严格互相垂直),将观察到环形的等倾干涉条纹。
一般情况下,M 1和M 2形成一空气劈尖,因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。
2.单色光波长的测定用波长为λ的单色光照明时,迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差,而由M 2和M 1反射的两列相干光波的光程差为•2cos d i ∆=(1)其中i 为反射光⑴在平面镜M 2上的入射角。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用(正式报告)首先,调节迈克尔逊干涉仪的光源。
一般来说,我们可以使用激光作为光源,因为激光具有单色性和相干性,这有助于获得更清晰的干涉图案。
但是在实验过程中,也可以使用其他光源,只需确保光线的单色性。
接下来,调节迈克尔逊干涉仪的反射镜。
迈克尔逊干涉仪由两个反射镜组成,一个称为固定镜,另一个称为移动镜。
首先,将干涉仪的移动镜移到极端位置,以确保光线可以正常通过反射镜。
然后,在通过逐渐调节移动镜的位置,使得光线尽量垂直反射镜并回到入射方向。
然后,调节迈克尔逊干涉仪的分束镜。
分束镜是将一束光线分为两束的关键部分。
在调节分束镜时,我们需要将光线分成两束,并使其传播的路径相等。
要做到这一点,首先将一个探测器放在一个路径上,然后调整分束镜的位置,使得两束光线能够同时到达该探测器。
在进行实验之前,我们还需要调节探测器。
探测器主要用于检测通过干涉仪的光的干涉图案。
我们需要将探测器调整到最佳位置,以获得清晰的干涉条纹。
通常,探测器会发出一个高频声音,当干涉图案最清晰时,声音会最大。
因此,我们可以通过听觉判断探测器是否被正确调节。
最后,在进行实验时,我们需要注意避免干扰因素。
迈克尔逊干涉仪对环境的稳定性要求较高,应尽量避免振动、温度变化和空气流动等干扰因素。
此外,还需要保持实验室的洁净度,以防止灰尘等杂质影响干涉图案的清晰度。
在实验过程中,还可以通过调整迈克尔逊干涉仪的参数来观察不同的干涉效果。
例如,改变移动镜的位置可以改变干涉条纹的位置和宽度。
调整反射镜的角度也可以改变干涉图案的形状。
通过不断调整这些参数,我们可以得到更多有关光的干涉现象的信息。
综上所述,迈克尔逊干涉仪的调节和使用是实验中非常重要的一步。
通过正确地调节光源、反射镜、分束镜和探测器,以及注意避免干扰因素,我们可以获得准确且清晰的干涉图案,从而得到有关光的干涉现象的有价值的结果。
图23-2 等倾干涉光路图实验二十三 迈克尔逊干涉仪的调整与使用光的干涉现象是光的波动性的一种表现。
当一束光被分成两束,经过不同路径再相遇时,如果光程差小于该束光的相干长度,将会出现干涉现象。
迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器。
自1881年问世以来,迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验:否定“以太”的迈克尔逊—莫雷实验,光谱精细结构和利用光波波长标定长度单位。
迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高,其调整和使用具有典型性。
根据迈克尔逊干涉仪的基本原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域。
【实验目的】1.了解迈克尔逊干涉仪的结构原理和调节方法;2.观察非定域干涉、定域等倾干涉、等厚干涉及白光干涉现象; 3.测量光波波长,了解条纹可见度等概念的物理意义。
【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪的结构原理迈克尔逊干涉仪的典型光路如图23-1所示。
图中Μ1和Μ2是两面平面反射镜,分别装在相互垂直的两臂上。
Μ1位置固定而Μ2可通过精密丝杆沿臂长方向移动;Μ2倾角固定而Μ1的倾角可通过背面螺丝调节。
G 1和G 2是两块完全相同的玻璃板,在G 1的后表面上镀有半透明的银膜,能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光,称为分光板。
G 1和G 2与M 1和M 2成45℃角倾斜安装。
由光源发出的光束,通过分光板G 1分成反射光束1和透射光束2,分别射向M 2和M 1,并被反射回到G 1。
由于两束光是相干光,从而产生干涉。
干涉仪中G 2称为补偿板,是为了使光束2也同光束1一样地三次通过玻璃板,以保证两光束间的光程差不致过大(这对使用单色性不好的光源是必要的)。
由于G 1银膜的反射,使在M 2附近形成M 1的一个虚象M 1'。
因此,光束1图23-1 迈克尔逊于涉仪的典型光路和光束2的干涉等效于由M 2和M 1'之间空气薄膜产生的干涉。
2.等倾干涉(定域干涉) 如图2所示,波长为λ的光束y 经间隔为d 的上下两平面M 2和M 1'反射,反射后的光束分别为y 1和y 2。
1、仪器的准备:迈克尔逊干涉仪,钠光灯,扩束透镜2、迈克尔逊干涉仪的调节:A.打开钠光灯电源开关,使钠光照射在毛玻璃屏上,形成均匀的扩展光源。
B.调节等高共轴:将钠光灯和扩束透镜放于干涉仪的左侧(扩束透镜在中间),使得钠光灯,扩束透镜与干涉仪上的分光板和补偿板在同一水平高度上,并在同一直线上。
仔细调节扩束透镜与钠光灯的位置,使得观察者可以看到整个M1视野使亮的。
C.调节M1和M2之间的距离:旋转粗动手轮,使得M1和M2至P1镀膜面的距离大致相等D.调出干涉条纹:将笔尖(或者其他易于辨别的物体)至于钠光灯与扩束透镜之间,观察到镜中又三个笔尖的影子(其中2个对应与动镜M1的反射像,另外一个对应于M2的反射像),仔细调节M1和M2背面的三个螺丝,以改变M1和M2的相对方位,直至看到笔尖由三影变成双影。
重复调节,直至观察到干涉条纹。
E.调节干涉条纹:慢慢的细致的调节三个螺丝,直至干涉条纹呈现圆形且涉条纹的中心在视野中央。
仔细调节M2下方的两个微调拉簧螺丝,直至干涉条纹的中心仅随观察者眼睛的上下左右的移动而移动,但不发生条纹的“涌出”或者“陷入”现象。
F.若干涉条纹不明显,慢慢旋转粗动手轮,改变M1和M2之间的距离,使得视野范围内的干涉条纹较为清晰明显。
3、钠光波长的测定:A、慢慢的转动微动首轮,直至视场中出现清晰的,对比度较好的干涉圆环。
B、记录下此时M1镜的位置d1,继续转动微动手轮,说道条纹向内陷入(或者向外涌出)50个条纹时,停止转动微动手轮,再记录下此时M1镜的位置。
重复实验,共测450个条纹的移动。
C、若在实验过程中出现还未测完450个,干涉条纹变得不明显,则说明在调节过程中,M1和M2之间的距离处于临界状态,因此要重新寻找另外一个明显的干涉条纹进行测量。
D、。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用教学目的1、了解光的干涉花样形成的原理,能区别等倾干涉和等厚干涉;2、学会使用迈克尔逊干涉仪,并能用其测量激光的波长;3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。
重难点重点:迈克尔逊干涉仪的调整和使用难点:1)干涉花样形成的原理;2)白光干涉图样的调节教学方法讲授与演示相结合学时3学时一、实验简介光的干涉是重要的光学现象之一,是光的波动性的重要实验依据。
两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象,即光的干涉现象。
相干光源的获取除用激光外,在实验室中一般是将同一光源采用分波阵面或分振幅两种方法获得,并使其在空间经不同路径后会合产生干涉。
根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式,可以测出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等,因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。
在物理学史上,迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验,精确地测量微小“长度”,否定了“以太”的存在,这个著名实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路,1907年获诺贝尔奖。
迈克尔逊干涉仪原理简明,构思巧妙,堪称精密光学仪器的典范。
随着对仪器的不断改进,还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。
目前,根据迈克尔逊干涉仪的基本原理,研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产生活和科技领域。
如观察干涉现象,研究许多物理因素(如温度、压强、电场、磁场等)对光传播的影响,测波长、测折射率等。
二、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理;2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法;3、观察等倾干涉条纹,测量He Ne -激光的波长;4、了解钠光、白光干涉花样的特点。
在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉等效于膜'12,M M 的薄膜干涉。
两束光的光程差为:(一)、扩展光源产生的干涉图(定域干涉)1、1M 和'2M 严格平行——等倾干涉条纹特点:1)明暗相间的同心圆纹,条纹定域在 无穷远(需用会聚透镜成像在光屏上);2)中心级次最高,2k d =; 3)d 增大,条纹从中心向外“涌出”, d 减小,条纹向中心“陷入”,每“涌出” 或“陷入”一个条纹,间距的改变为2λ,“涌出”和“陷入”的交接点为0d =情况(无条纹)。
4)干涉条纹的分布是中心宽边缘窄,d 增大条纹变窄12k k k k i i i di λ-∆=-≈(,k d i 增加时条纹变窄)2、1M 和'2M 有一很小的夹角——等厚干涉1)当入射角也较小时为等厚干涉,条纹定域在薄膜表面附近;2)在两镜面交线附近处,d 较小,i 的影响可以略去,干涉条纹是一组平行于1M 和三、实验原理d 变化时,等倾干涉条纹的变化特征'2M 交线的等间隔的直线条纹;3)在离1M 和'2M 交线较远处,d 较大,i 的影响不可以略去,干涉条纹变成弧形,且条纹弯曲的方向是背向两镜面的交线。
(二)、点光源照明产生的干涉图(非定域干涉)干涉现象,等效于沿轴向分布的两个虚光源''12S S 、所产生的干涉。
因从'1S 和'2S发出的球面波在相遇的空间处处相干, 故为非定域干涉。
观察屏放在不同位置上,均可看到 干涉条纹,当垂直于轴线观察时,调整1M 和2M 的方位使相互严格垂直,则可观察到等倾干涉圆条纹。
(三)、白光照射下的彩色条纹 对于白光,它含有不同波长的光,且相干长度较短,因此在实验室中观察白光的干涉需要满足下面的条件: 对于等倾干涉,需要在d 接近零时才能看到;对于等厚干涉,在1M 和'2M 的交线附近才能看到。
因为0d =时,所有波长的干涉情况相同,不显彩色,而当d 较大时不同波长的干涉条纹重叠,使照明均匀,彩色消失。
四、实验仪器迈克尔逊干涉仪(100WSM -),He Ne -激光器,钠光灯,日光灯,扩束镜,屏。
附1:迈克尔逊干涉仪的主体结构点光源S 经1M 和'2M 的反射产生的底座由生铁铸成,较重,确保仪器的稳定性。
底座由三个调平螺丝(9)支撑,调平后,可以拧紧锁紧圈(10)以保持座架稳定。
2)导轨导轨由两根平行的长约280毫米的框架(7)和精密丝杆(8)组成,被固定在底座上,精密3)拖板部分拖板(11)是一块平板,反面做成与导轨吻合的凹槽,装在导轨上,下方是精密螺母(6),丝杆穿过螺母,当丝杆旋转时,拖板能前后移动,带动固定在其上的移动镜(11)在导轨面上滑动,实现粗动。
动镜是一块很精密的平面镜,表面镀有金属膜,具有较高的反射率,垂直地固定在拖板上,它的法线严格地与丝杆平行。
倾角可分别用镜背后面的三颗滚花螺丝(13)来对照仪器向学生介绍干涉仪、1)底座丝杆穿过框架正中,丝杆螺距为1毫米。
调节,各螺丝的调节范围是有限度的。
如果螺丝向后顶得过松,在移动时可能因震动而使镜面有倾角变化,如果螺丝向前顶得太紧,致使条纹不规则,严重时,有可能使螺丝丝口打滑或平面镜破损。
4)定镜部分定镜(14)与动镜是相同的一块平面镜,固定在导轨框架右侧的支架上。
通过调节其上的水平拉簧螺钉(15)使其在水平方向转过一微小的角度,能够使干涉条纹在水平方向微动;通过调节垂直拉簧螺钉(16)使其在垂直方向转过一微小的角度,能够使干涉条纹上下微动;与三颗滚花螺丝相比,拉簧改变镜面的方位小得多。
定镜部分还包括分光板和补偿板。
5)读数系统和传动部分——三级读数系统动镜的移动距离毫米数可在机体侧面的毫米刻尺(5)上直接读得;粗调手轮(2)旋转一周,拖板移动1毫米,即动镜移动1毫米,同时,读数窗口(3)内的鼓轮也转动一周,鼓轮的一圈被等分为100格,每格为10-2毫米,读数由窗口上的基准线指示;微调手轮(1)每转过一周,拖板移动0.01毫米,可从读数窗口中看到读数鼓轮移动一格,而微调鼓轮的周线被等分为100格,则每格表示为10-4毫米。
-。
最后读数应为上述三者之和,加上估读一位,可读到510mm6)附件(支架杆17、像屏18等)附2:He Ne-激光器特点:单色性好,方向性强,相干性好,亮度高。
结构:阳极(杆状)、阴极(铝质圆筒)、谐振腔(两侧有高反射率的反射镜、腔内按一定比例充有氦气和氖气)。
主要技术参数:输出波长6328A,输出功率:1~2mW,光束发射角 1.5mrad<,触发电压3500V ≥,工作电压1200V ,最佳工作电流5mA 。
五、实验内容与步骤 (一)迈克尔逊干涉仪的调节1、利用水平调节螺丝,调干涉仪水平2、调整激光束与干涉仪的光路大致垂直 目测:激光管中心轴线大致垂直于定镜;调节:打开激光器,调定镜背后的三颗滚花螺丝使定镜反射的光束,返回激光发射 孔(可以不作要求,一般目测就可以了)。
3、旋转粗动手轮,使动镜和定镜到镀膜面的距离大致相等4、调12M M ⊥调动镜背面的三颗螺丝(有时还需要调定镜背面的三颗螺丝),使观察屏上两个最 亮的光点完全重合。
5、观察等倾干涉条纹在光路中加进凸透镜并调整之,让激光束通过透镜中心。
此时观察屏上出现干涉 条纹(不一定是圆形,可能是弧形),然后细调垂直拉簧、水平拉簧(有时还需调节动 镜或定镜背面的三颗螺丝),屏上可出现干涉圆环。
(二)测量He Ne -激光的波长1、调零因转动微调鼓轮时,粗调鼓轮随之转动;而转动粗调鼓轮时,微调鼓轮则不动,所 以测读数据前,要调整零点。
将微调鼓轮顺时针(或逆时针)转至零点然后以同样的方 向转动粗调鼓轮,对齐任意一刻度线(注意两个鼓轮的旋转方向一致)。
2、测量读出动镜M 1所在的相对位置,此为“0”位置,然后沿同一方向转动微调手轮, 仔 细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”的个数。
每隔50个条纹,记录一次动镜 M 1的位置,共记450条条纹,读10个位置的读数,填入自拟的表格中。
注意位置读数 时可精确到10-4mm ,估读到10-5mm 。
3、数据处理由2d k λ=∆∆计算出He Ne -激光的波长。
用逐差法处理数据,并用不确定度表 示测量结果。
(三)观察白光彩色干涉条纹(选做)1、移动1M 镜,使0d ≈旋转粗动手轮,找到干涉条纹“涌出”和“陷入”的分界点。
2、观察白光的等倾干涉条纹拿掉激光器和扩束镜,换成日光灯,即可观察到白光的等倾干涉条纹。
3、观察白光的等厚干涉条纹在等倾干涉基础上,细心调节水平/垂直拉簧螺丝,使2M 倾斜直到整个视场条纹 变成等轴双曲线形状,再极小心地旋转微调手轮找到中央条纹,其两侧对称分布着红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色条纹,记录观察到的条纹形状和颜色分布。
(四)测量钠光的双线波长差(选做)条纹的非相干迭加,d 变化时,视场中干涉条纹交替出现 “清晰”和“模糊甚至消失”:清晰:1122d m n λλ==模糊:21220.5)()d m k n k λλ=+=+(+设模糊到模糊1M 移动距离为d ∆,由对称性有:由于模糊区较宽,实际测量只需用粗调手轮,测出10个模糊区的间距去计算。
当用钠光做实验时,干涉场中的强度分布是两组干涉六、实验数据记录与数据处理 1、数据记录表格(76.23810m λ-=⨯)2、数据处理 1)平均值2)不确定度d ∆的A 类不确定度:0.000037dA U mm ∆==d ∆的B 类不确定度: 0.00005mm ∆=仪 5i i d d +∆=∆=∆仪Δd 的总不确定度: 0.00004d U mm ∆=== 故λ的总不确定度为: ()1020.000042310250dmm U U m k λ-∆⨯===⨯∆ 3)测量结果测量结果的相对误差:七、注意事项1、迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器,使用时应注意防尘、防震;不要对着仪器说 话、咳嗽等;测量时动作要轻、缓,尽量使身体部位离开实验台面,以防震动;不能触 摸光学元件光学表面。
2、2M (或1M )镜后的调节螺丝、拉簧不要旋得过紧,以防镜片受压变形和损坏 螺丝、拉簧,实验完毕,应将调节螺丝、拉簧松开,以免镜面、拉簧变形。
3、激光管两端的高压引线头是裸露的,且激光电源空载输出电压高达数千伏, 要 警惕误触。
4、激光束光强极高,切勿用眼睛对视,防止视网膜遭永久性损伤。
5、激光工作电流不要超过7mA 。
6、测量过程中要防止回程误差。
即调零结束后,测量开始时,应将微调鼓轮按原 方向转几圈,直到干涉条纹开始“冒出”或“陷入”后,才开始读数测量;测量过程中 微调鼓轮只能沿一个方向旋转,一旦反转,数据无效,且须重新调整零点。
7、实验完成后,不可调动仪器,要等老师检查完数据并认可后才能关机。
关机时, 应先将高压输出电流调整为最小,再关电源。
八、实验指导要点1、简要说明本实验的作用及历史地位。