迈克耳孙干涉仪实验报告

实验目的：

1）学会使用迈克尔逊干预仪

2）观察等倾、等厚和非定域干预现象

3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。

实验仪器：

氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干预仪、毛玻璃屏

实验原理：

1：迈克尔逊干预仪的原理：

迈克尔逊干预仪的光路图如下图，光源S出发的光经过称。45放置的反面镀银的半透玻璃板1P被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光路1通过1M镜反射并再次通过1P照射在观察平面E上，光路2通过厚度、折射率与1P相同的玻璃板2P后由2M镜反射再次通过2P并由1P反面的反射层反射照射在观察平面E上。图中平行于1M的'2M是2M经1P反射所成的虚像，即1P到2M与1P到'2M的光程距离相等，故从1P到2M的光路可用1P到'2M等价替代。这样可以认为1M与'2M之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动1M完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M镜或2M镜的角度实现。当1M与'2M平行时可以在观察平面E处观察到等倾干预现象，当1M与'2M有一定的夹角时可以在观察平面E处观察到等厚干预现象。

2：激光器激光波长测量原理：

由等倾干预条纹的特点，当θ =0 时的光程差δ 最大，即圆心所对应的干 涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心“冒出” ；假设 d 减小时，圆环逐渐 缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干预环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与M ’之间距离 变化了半个波长。 假设将 M与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干预环变化，则△d=N𝜆2 由此可测单色光的波长。

3：钠光双线波长差的测定：

在使用迈克尔逊干预仪观察低压钠黄灯双线的等倾干预条纹时，可以看到随着动镜1M的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干预而言，波长差的计算公式为：Δλ=2𝜆−2Δ𝑑

迈克耳孙干涉仪实验报告

实验报告：

迈克耳孙干涉仪实验报告

一、实验目的

本实验旨在探究迈克耳孙干涉仪的工作原理，通过测量光程差的改变对光干涉的现象进行观测，验证光的波动性。

二、实验原理

迈克耳孙干涉仪是一种利用光的干涉现象测量长度、精密测量折射率和表面形貌的仪器。该仪器由光源、光路、反射镜、分束器等部分组成。

实验中将激光通过分束器分为两路，经过反射后合并。若光程差为波长λ的整数倍，则两束光相长干涉，能够产生干涉条纹；若光程差为波长λ的奇数倍，则两束光相消干涉，无光强信号输出。

通过调整移动反射镜的距离，可以改变两束光之间的光程差，从而改变干涉条纹的位置和间距。

三、实验步骤

1.将迈克耳孙干涉仪放在水平台上，调整仪器平衡，保证反射镜和分束器都放在同一水平线上。

2.利用反射镜将激光分为两路，并调整两路光的光程差至相等。

3.调整反射镜位置，使两路光在同一点空间叠加，观察干涉条纹的出现。

4.移动反射镜，改变光程差，观察干涉条纹的变化。

5.记录不同光程差下的干涉条纹位置，计算出相应的波长，并根据波长变化计算出光的折射率。

四、实验结果

在实验中，我们测量了不同光程差下的干涉条纹位置，并计算出了光的波长和折射率。实验结果表明，光的波动性和干涉现象得到了很好的验证。

五、实验结论

本实验利用迈克耳孙干涉仪探究了光的干涉现象，通过测量干涉条纹位置计算出相应的光程差、波长和折射率等参数，验证了光的波动性和干涉现象。通过本实验，我们加深了对光学基础理论的理解，对光学实验技能有了更深入的认识。

实验目的：

1）学会使用迈克尔逊干涉仪

2）观察等倾、等厚和非定域干涉现象

3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。

实验仪器：

氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏

实验原理：

1：迈克尔逊干涉仪的原理：

迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源S出发的光经过称。45放置的背面镀银的半透玻璃板1P被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光路1通过1M镜反射并再次通过1P照射在观察平面E上，光路2通过厚度、折射率与1P相同的玻璃板2P后由2M镜反射再次通过2P并由1P背面的反射层反射照射在观察平面E上。图中平行于1M的'2M是2M经1P反射所成的虚像，即1P到2M与1P到'2M的光程距离相等，故从1P到2M的光路可用1P到'2M等价替代。这样可以认为1M与'2M之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动1M完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M镜或2M镜的角度实现。当1M与'2M平行时可以在观察平面E处观察到等倾干涉现象，当1M与'2M有一定的夹角时可以在观察平面E处观察到等厚干涉现象。

2：激光器激光波长测量原理：

由等倾干涉条纹的特点，当θ =0 时的光程差δ 最大，即圆心所对应的干 涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心“冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐 缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与M ’之间距离 变化了半个波长。 若将 M与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干涉环变化，则△d=N𝜆2 由此可测单色光的波长。

3：钠光双线波长差的测定：

在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到随着动镜1M的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为：Δλ=2𝜆−2Δ𝑑

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实验预习与原始数据记录

一、原理简述

1．迈克耳孙干涉仪的结构和原理：

A和B为材料、厚度完全相同的平行板，A的一面镀上半反射膜，𝑀1、𝑀2为平面反射镜，𝑀2是固定的，𝑀1和精密丝杆相连，使其可前后移动，最小读数为10−4mm，可估计到10−5mm，𝑀1和𝑀2后各有几个小螺丝可调节其方位。

2．透明薄片折射率(或厚度)的测量：

(1). 白光干涉条纹

干涉条纹的明暗决定于光程差与波长的关系，用白光光源，只有在d=0的附近才能在𝑀1、𝑀2′交线处看到干涉条纹，这时对各种光的波长来说，其光程差均为 λ/2(反射时附加 λ/2)，故产生直线黑褐色纹，即所谓的中央条纹，两旁有对称分布的彩色条纹。

(2)固体透明薄片折射率或厚度的测定

当视场中出现中央条纹之后，在𝑀1与A之间放入折射率为n、厚度为l的透明物体，则此时程差要比原来增大∆L=2l(n−1)，因而中央条纹移出视场范围，如果将𝑀1向A前移d，使d=∆L/2，则中央条纹会重新出现，测出d及l，可由下式d=l(n−l)求出折射率n。

二、预习中的问题列举

自误差的主要来源是什么？

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三、原始数据记录

表1 中心每“生成”或“吞进”30个干涉条纹M1镜的位置

测量编号 1 2 3 4 5 6

D(mm) 29.84000 29.85000 29.85940 29.86650 29.87650 29.88595

测量编号 1 2

3

ΔD(mm) 0.02650 0.02650 0.02655

表2 条纹从不可见到次不可见时M1的位置读数

测量编号 1 2 3 4

D(mm) 29.90320 30.19525 30.48238 30.77710

测量编号 1 2

ΔD(mm) 0.57918 0.58185

将中央黑褐纹移到中间，M1的位置(mm)=30.89650

放置玻璃薄片，再将中央黑褐纹移动至中心，M1的位置(mm)=30.89100