大学物理仿真实验迈克尔逊干涉仪
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迈克尔逊干涉仪》实验报告一、引言迈克尔逊曾用迈克尔逊干涉仪做了三个闻名于世的实验:迈克尔逊-莫雷以太漂移、推断光谱精细结构、用光波长标定标准米尺。
迈克尔逊在精密仪器以及用这些仪器进行的光谱学和计量学方面的研究工作上做出了重大贡献,荣获1907年诺贝尔物理奖。
迈克尔逊干涉仪设计精巧、用途广泛,是许多现代干涉仪的原型,它不仅可用于精密测量长度,还可以应用于测量介质的折射率,测定光谱的精细结构等。
二、实验目的(1)了解迈克尔逊干涉仪的光学结构及干涉原理,学习其调节和使用方法(2)学习一种测定光波波长的方法,加深对等倾的理解(3)用逐差法处理实验数据三、实验仪器迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜等。
四、实验原理迈克尔逊干涉仪是l883年美国物理学家迈克尔逊(A.A.Michelson)和莫雷(E.W.Morley)合作,为研究“以太漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。
用它可以高度准确地测定微小长度、光的波长、透明体的折射率等。
后人利用该仪器的原理,研究出了多种专用干涉仪,这些干涉仪在近代物理和近代计量技术中被广泛应用。
1.干涉仪的光学结构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。
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。
大学物理实验迈克尔孙干涉仪一.实验原理1.迈克尔孙干涉仪的结构和原理2. 点光源产生的非定域干涉即M1和M2之间的距离每改变半个波长,其中心就“生出”或“消失”一个圆环。
两平面反射镜之间的距离增大时,中心就“吐出”一个个圆环。
反之,距离减小时中心就“吞进”一个个圆环,同时条纹之间的间隔(即条纹的稀疏)也发生变化。
由式可知,只要读出干涉仪中M1移动的距离△h和数出相应吞进(或吐出)的环数就可求得波长。
3. 条纹的可见度利用上式可测出纳黄光双线的波长差4. 时间相干性问题长差越小,光源的单色性越好,相干长度就越长,所以上面两种解释是完全一致的。
t m则用下式表示钠光灯所发射的谱线为589.0nm与589.6nm,相干长度有2cm。
氦氖激光器所发出的激光单色性很好,其632.8nm的谱线,只有10-14~10-7nm,相干长度长达几米到几公里的范围。
对白光而言,其和λ是同一数量级,相干长度为波长数量级,仅能看到级数很小的几条彩色条纹。
5.透明薄片折射率(或厚度)的测量(1)白光干涉条纹(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因而中央条纹移出视场范围,如果将M1向A前移d,使,则中央条纹会重新出现测出d和l求出折射率n。
二.实验步骤1.测量He-Ne激光的波长①调整好干涉仪,为实验做好准备。
②打开He-Ne激光器,在光源前放一小孔光栏,调节M2上的三个螺钉,从小孔初设的激光束,经M1,M2反射后,在观察屏上重合。
③去掉小孔光栏,换上焦距透镜而使光源成为发散光束,在两光程差不太大时,在毛玻璃屏上即可观察到干涉条纹,轻轻调节M2后的螺钉,应出现基本在中心的圆纹。
④测量He-Ne激光的波长。
轻轻转动微动转轮,移动M1,中心每出生或吞进n个条纹,记下移动的距离,用公式2h/n求出波长。
2.测量钠波波长,波长差及相干长度①波长测量同激光波长的测量②慢慢移动M1,增加光程差,条纹可见度下降,乃至看不清,测出两不可见位置的距离差L=t1-t2,即可求出波长。
大学物理《迈克尔逊专题》—迈克尔逊干涉仪实验报告《迈克尔逊专题》实验报告前几周我做了迈克尔逊专题实验,对迈克尔逊干涉仪有了更加深刻的认识。
迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作,为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。
它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。
通过调整该干涉仪,可以产生等厚干涉条纹,也可以产生等倾干涉条纹。
主要用于长度和折射率的测量,若观察到干涉条纹移动一条,便是M2的动臂移动量为λ/2,等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。
在近代物理和近代计量技术中,如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。
利用该仪器的原理,研制出多种专用干涉仪。
迈克耳逊干涉仪是这个专题实验最主要的试验仪器,此专题包括:1、迈克耳逊干涉仪在钠光灯照射下测量钠双线波长差; 2、白光干涉测量平板玻璃折射率;3、由迈克耳逊干涉仪改装成的法布里——玻罗干涉仪测钠双线波长差。
这三个实验都与波的干涉有关,都是利用干涉原理进行试验的。
迈克尔逊干涉仪的工作原理是干涉条纹是等光程差点的轨迹,因此,要分析某种干涉产生的图样,必求出相干光的光程差位置分布的函数。
若干涉条纹发生移动,一定是场点对应的光程差发生了变化,引起光程差变化的原因,可能是光线长度L发生变化,或是光路中某段介质的折射率n发生了变化,或是薄膜的厚度e发生了变化。
另外钠光灯辐射产生的两条强谱线的波长是不一样的,分别为589.6nm和589.0nm,波长差与中心波长相比甚小。
如果用这种光源照明迈克尔逊干涉仪,所获得的圆形等倾条纹实际上是两种波长分别形成的两套干涉条纹的叠加。
当全反镜M1、M2之间的距离d为某一值时,会恰好出现波1的k1级明条纹恰好与波2的k2级暗条纹重合,这时条纹最模糊,对比度小,为零。
当动镜M1继续移动时,两个条纹会错开,会出现清晰的圆形等倾条纹。
这就是钠光灯产生的干涉现象。
现在根据上述原理对以下实验进行介绍。
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告
实验目的,通过使用迈克尔逊干涉仪,观察干涉条纹的形成及
其变化规律,加深对干涉现象的理解。
实验仪器与材料,迈克尔逊干涉仪、激光器、准直透镜、半反
射镜、平台、调节螺丝等。
实验步骤:
1. 将迈克尔逊干涉仪放置在水平平台上,并调整好仪器的位置。
2. 用激光器照射光线到准直透镜上,使其成为平行光。
3. 将平行光照射到半反射镜上,使其一部分光线反射到一面平
板上,另一部分光线透射到另一面平板上。
4. 调节半反射镜和平板的位置,使得两路光线相互干涉。
5. 观察在干涉仪屏幕上出现的干涉条纹,并记录其形状和变化
规律。
实验结果与分析:
在实验中,我们观察到了在迈克尔逊干涉仪屏幕上出现的清晰的干涉条纹。
随着半反射镜和平板的微小调节,我们发现干涉条纹的间距和形状会发生变化。
通过仔细观察和记录,我们发现了干涉条纹的规律,并且加深了对干涉现象的理解。
自查与总结:
在实验过程中,我们需要仔细调节仪器,以确保干涉条纹的清晰度和稳定性。
同时,观察和记录干涉条纹的变化规律也需要耐心和细心。
在今后的实验中,我们需要更加熟练地操作迈克尔逊干涉仪,加深对干涉现象的理解,并且在实验中更加注重数据的准确性和实验结果的分析。
通过这次实验,我们对干涉现象有了更深入的认识,也掌握了使用迈克尔逊干涉仪的技巧和方法。
迈克尔逊干涉仪实验报告
自查报告。
实验名称,迈克尔逊干涉仪实验。
实验日期,2022年10月10日。
实验地点,XXX大学实验室。
实验目的,通过迈克尔逊干涉仪实验,掌握干涉仪的基本原理和操作方法,观察干涉条纹的形成,并测量出光的波长。
实验过程,在实验中,我们首先搭建了迈克尔逊干涉仪,调整好光源和镜片的位置,使得两束光相互干涉。
然后我们观察了干涉条纹的形成,并通过调整干涉仪的参数,如改变镜片的位置和倾斜角度,来改变干涉条纹的间距和形状。
最后,我们使用干涉条纹的间距来计算出光的波长。
实验结果,通过实验,我们成功观察到了干涉条纹的形成,并且根据干涉条纹的间距测量出了光的波长,结果与理论值相符合。
实验总结,通过本次实验,我们深入了解了迈克尔逊干涉仪的
原理和操作方法,掌握了干涉条纹的观察和测量技巧。
同时,也加
深了对光的波动性质的理解。
在实验中,我们也遇到了一些问题,
例如调整干涉仪的参数需要耐心和细心,需要不断尝试和调整才能
得到清晰的干涉条纹。
通过这次实验,我们不仅学到了知识,也提
高了实验操作的技能。
存在问题,在实验中,我们发现在调整干涉仪参数时,需要更
加耐心和细心,以确保获得准确的实验结果。
同时,在实验报告中,需要更加详细地描述实验步骤和结果,以便他人能够清晰理解。
改进计划,在今后的实验中,我们将更加细心地调整实验仪器,提高实验操作的技能。
同时,在撰写实验报告时,我们将更加详细
地描述实验步骤和结果,以提高报告的质量。
签名,XXX 日期,2022年10月12日。
迈克尔逊干涉仪实验报告
实验目的,通过迈克尔逊干涉仪观察干涉现象,验证光的波动性,并测量光的波长。
实验仪器,迈克尔逊干涉仪、白光光源、准直器、透镜、分光镜、反射镜、测微器等。
实验原理,迈克尔逊干涉仪利用分束镜将光分为两束,经过不
同路径后再次合成,观察干涉条纹的变化来测量光的波长。
实验步骤:
1. 将白光光源通过准直器发出的平行光照射到分光镜上,分光
镜将光分为两束。
2. 一束光经过反射镜反射后再次通过分光镜,另一束光则直接
通过分光镜。
3. 两束光分别经过不同路径后再次合成,观察干涉条纹的变化。
4. 通过调节反射镜的位置,使得干涉条纹清晰,测量反射镜的位移来计算光的波长。
实验结果,通过实验观察,成功观察到了干涉条纹的变化,通过测量反射镜的位移计算出了光的波长为XXX。
实验总结,通过本次实验,加深了对光的波动性的认识,同时也熟悉了迈克尔逊干涉仪的使用方法。
在实验过程中,我们也发现了一些操作上的细节问题,例如调节仪器的精度要求较高,需要耐心和细心。
希望在以后的实验中能够更加熟练地操作仪器,提高实验的准确性和可靠性。
迈克尔逊干涉仪实验报告
实验目的,通过迈克尔逊干涉仪实验,了解干涉仪的原理和应用,掌握干涉条纹的观察方法,以及测量波长的技术。
实验仪器,迈克尔逊干涉仪、激光器、平面镜、半反射镜、微调平台、干涉滤光片等。
实验原理,迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象测量光波长的仪器。
当一束光线通过半反射镜分成两束光线,分别经过不同路径后再次汇聚在一起时,会产生干涉现象。
通过观察干涉条纹的移动情况,可以计算出光的波长。
实验步骤:
1. 调整迈克尔逊干涉仪,使得激光器发出的光线通过半反射镜后分成两束光线,并经过不同路径后再次汇聚在一起。
2. 使用微调平台调整其中一束光线的路径长度,观察干涉条纹的变化。
3. 通过测量干涉条纹的移动距离和微调平台的位移量,计算出
光的波长。
实验结果,通过实验观察和数据处理,我们成功测量出了激光
的波长,并得到了准确的结果。
实验中观察到了清晰的干涉条纹,
通过微调平台的操作,成功调整了干涉条纹的位置,得到了稳定的
干涉现象。
实验总结,通过本次实验,我们深入了解了迈克尔逊干涉仪的
原理和操作方法,掌握了干涉条纹的观察技术,并成功测量了光的
波长。
同时,也发现了实验中可能存在的误差和不足之处,为今后
的实验提供了经验和教训。
自查报告,在本次实验中,我们按照实验步骤进行了操作,并
成功完成了实验目标。
在实验过程中,我们注意到了一些细节问题,比如在调整干涉条纹位置时需要小心操作,以免造成误差;另外,
在测量干涉条纹移动距离时,也需要注意准确读数。
在今后的实验中,我们将更加注意这些细节问题,以提高实验的准确性和可靠性。
南昌大学物理实验报告课程名称: 大学物理实验实验名称: 迈克尔逊干涉仪学院: 专业班级:学生姓名: 学号:实验地点:基础实验大楼B308 位号:实验时间:第周星期二下午13:00开始一、实验目的:1.掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样.2.区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉,测定He-Ne激光波长二、实验原理:1.仪器的构造图40-1为干涉仪的实物图,图40-2为其光路示意图.其中M1和M2为两平面反射镜,M1可在精密导轨上前后移动,而M2是固定的. P1是一块平行平面镜,板的第二表面(靠近P2的面)涂以半反射膜,它和全反射镜M1成45°角. P2是一块补偿板,其厚度及折射率和P1完全相同,且与P1平行,它的作用是补偿两路光的光程差,使两束光分别经过厚度和折射率相同的玻璃三次.从而白光实验时,可抵消光路.中分光镜色散的影响.放松刻度轮止动螺丝⑧,转动刻度轮⑦,可使反射镜M1沿精密导轨前后移动,当锁紧止动螺钉⑧,转动微量读数鼓轮⑨时,通过蜗轮蜗杆系统可转动刻度轮,从而带动M1微微移动,微量读数鼓轮最小格对应值为10−4㎜,可估读到10−5㎜,刻度轮最小分度值为10−2㎜. M1的位置读数由导轨上标尺、刻度轮和微量读数鼓轮三部分组成.反射镜M2背后有三个螺钉,用以粗调M2的倾斜度,他的下方还有两个相互垂直的微调螺丝,以便精确调节M2的方位.2.干涉条纹的图样由于光源性质的不同,用迈克耳孙干涉仪可观测定域干涉和非定域干涉.(1)当使用扩展的面光源时只能获得定域干涉.定域干涉因形成的干涉条纹有一定的位置而得名.定域干涉又分为等倾干涉和等厚干涉,这取决于M1和M2是否垂直,或者说M1和M2′是否平行. M2′是反射镜M2被分光板P1反射所成的虚像.(a)等倾干涉当M1和M2′互相平行时,得到的是相当于平行平面的等倾干涉条纹,七干涉图样定位于无限远,如果在E处放一会聚透镜,并在其焦平面上放一屏,则在屏上可观察到一圆圈的同心圆.对于入射角i相同的各束光,如右图所示,其光程差均为δ=2d cos i (40−1)对于k级亮条纹,显然是由满足下式的入射光而成的δ=2d cos i=kλ (40−2)在同心圆的圆心处i=0,干涉条纹的级数最高,此时有δ=2d=kλ (40−3)当移动M1使间距d增加时,圆心的干涉次级增加,我们就可以看到中心条纹一个一个向外“冒出”,而当d减小时,⁄.如果测出M1移动的距离∆d,中心条纹将一个一个地“缩”进去.每“冒出”或“缩进”一个条纹,d就增加或减少了λ2算出相应的“冒出”或“缩进”的条纹个数∆k,就可以算出光源的波长:⁄λ=2∆d∆k(b)等厚干涉当M1和M2′不平行而有一个很小的角度时,行程一个楔形的空气层,这时就将出现等厚干涉条纹,如图40-3所示.当d很小时,即M1和M2′相交时,由面光源上发出的光束,经楔形空气薄层两面反射所产生的等厚干涉条纹定位于楔形空气层的表面.要看清这些条纹,眼睛必须聚焦在M1镜附近,也可用凸透镜将空气楔成像在其共轭面上.此时,相干处的光程差公式仍如上面的式子(40-1),由于d很小,光程差的变化主要取决于d的变化,入射角变化的影响可以忽略不计.因此在空气楔上厚度相同的地方有相同的光程差,我们就可以观察到平行于楔棱的直纹条.当d增大时,入射角i的变化对光程的影响不能忽略,此时将引起条纹的弯曲,并凸向楔棱一边,即凸向M1和M2′的交线.(2)非定域干涉用He-Ne激光做光源,使激光束通过扩束镜汇聚后分散,此时就得到了一个想干性很好地点光源.它发出的球面波先被分光板P1分光,然后射向两全反射镜,经M1和M2反射后,在人眼观察方向就得到了两个相干的球面波,他们如同是由位于M1后的两个虚点光源S1和S2产生的,如图40-4所示.由两虚点光源产生的两列球面波,在空间相遇处都能进行干涉,干涉条纹不定域,故称非定干涉.非定干涉的图样,随观察屏的不同方位和位置不同而不同.当观察屏垂直于S1和S2连线时,是同心圆条纹,圆心是S1和S2连线延长线和屏的交点.如转动观察屏不同角度,则可看到椭圆,双曲线和直线等几种干涉图样.如调节反射镜M2的微调螺钉,使M1平行于M2′,此时和M1平行放置的观察屏上就出现同心圆条纹,圆心在光场中心.两虚点光源的间距为M1和M2间距d的两倍,即圆心处光程差为2d.与前面讨论等倾干涉情况类似,当d增加时,中心条纹一个个“冒出”,反之,一个个“缩进”.这时同样也可用公式(40-3)来计算波长.三、实验仪器:七、附上原始数据:。
迈克尔逊干涉实验实验前请认真阅读本要点:(1)听完课后,同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容,特别是P189的干涉仪光路图(图5-61)、P191公式(5-123、5-124)的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。
测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。
注:迈克尔逊干涉仪有仿真实验,同学们可以在实验之前用其进行预习。
仿真实验位于:桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验v2.0(第二部分),其中大学物理仿真实验v2.0(第二部分).exe为正式版,大学物理仿真实验示教版v2.0(第二部分).exe为示教版,同学们在使用之前可先看示教版。
(2)实验内容1)掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法,并记录位置改变时干涉条纹的变化,如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
2)根据逐差法的要求确定如何合理测量数据,规范记录实验数据及已知参数等。
3)拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率(厚度)的实验方案,并利用仿真实验来验证实验方案。
4)(选做)利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。
(3)阅读F盘上的数据处理文件(迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)),了解需测量的数据要求(处理需用逐差法),确定如何进行数据测量。
根据需测量的数据,在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象,即先测量一小部份数据,弄清测量的重点与难点,确定测量方法,然后进行正式测量。
(4)测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的,需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法,并了解干涉条纹的变化情况,如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
(一些问题详见附录4 疑难解答)测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构(包括如何读数、校零、消空程等)。
迈克尔逊干涉仪干涉现象实验报告一、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、观察等倾干涉和等厚干涉条纹,并熟悉其特点。
3、利用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长。
二、实验原理迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法产生双光束干涉的精密光学仪器。
其光路图如下图所示:!迈克尔逊干涉仪光路图(由光源 S 发出的一束光,经分光板 G1 分成相互垂直的两束光,反射光1 射向平面镜M1,透射光2 射向平面镜M2。
两束光分别被M1、M2 反射后,又经分光板 G1 汇合到一起,在观察屏 E 处产生干涉条纹。
当 M1 和 M2 严格垂直时,产生的是等倾干涉条纹。
此时,两束光的光程差为:\\Delta = 2d\cos\theta\其中,d 为 M1 和 M2 之间的距离,\(\theta\)为入射角。
当光程差为波长的整数倍时,产生亮条纹;当光程差为半波长的奇数倍时,产生暗条纹。
当 M1 和 M2 不垂直时,产生的是等厚干涉条纹。
此时,两束光的光程差主要取决于 M1 和 M2 之间的夹角以及它们之间的距离变化。
三、实验仪器迈克尔逊干涉仪、HeNe 激光器、扩束镜、毛玻璃屏等。
四、实验步骤1、仪器调节调节迈克尔逊干涉仪的底座水平,使仪器处于稳定状态。
调节激光束与分光板 G1 大致垂直,通过观察屏上的光点位置进行调整。
调节 M1 和 M2 背后的螺丝,使两束反射光在观察屏上重合,出现干涉条纹。
2、观察等倾干涉条纹缓慢移动 M1 镜,观察干涉条纹的变化,注意条纹的形状、疏密和移动方向。
3、观察等厚干涉条纹调节 M1 和 M2 之间有一定夹角,观察等厚干涉条纹的形状和特点。
4、测量光波波长先记录 M1 镜的初始位置 d1。
沿某一方向移动 M1 镜,使干涉条纹中心每冒出(或缩进)50 个条纹,记录一次 M1 镜的位置 d2。
重复测量多次,计算出波长。
五、实验数据及处理1、测量光波波长的数据记录|测量次数| M1 镜初始位置 d1 (mm) | M1 镜移动后位置 d2 (mm) |条纹变化数 N ||||||| 1 |______ |______ | 50 || 2 |______ |______ | 50 || 3 |______ |______ | 50 |2、数据处理波长计算公式:\(\lambda =\frac{2\Delta d}{N}\)其中,\(\Delta d = d2 d1\)计算出每次测量的波长值,然后求平均值。
迈克尔逊干涉仪创建人:物理实验室总分:100 得分:一、实验目的与实验仪器共10 分,得分实验目的:1、了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法。
2、观察等倾干涉,等厚干涉的条纹。
3、测定He —Ne 激光的波长。
实验仪器:1.迈克耳孙干涉仪2.Na光源3.He-Ne激光器4.短焦透镜二、实验原理共15 分,得分1.迈克耳孙干涉仪的结构和原理:迈克耳孙干涉仪的原理图如图1所示,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,、为平面反射镜,是固定的,和精密丝杆相连,使其可前后移动,最小读数为mm,可估计到mm,和后各有几个小螺丝可调节其方位。
图1 迈克耳孙干涉仪的原理图光源S发出的光射向A板而分成(1)、(2)两束光,这两束光又经和反射,分别通过A的两表面射向观察处O,相遇而发生干涉,B作为补偿板的作用是使(1)、(2)两束光的光程差仅由、与A板的距离决定。
由此可见,这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长,而且其路径是互相垂直的,分的很开,这正是它的主要优点之一。
从O 处向A 处观察,除看到镜外,还可通过A 的半反射膜看到的虚像2’,与镜所引起的干涉,显然与、引起的干涉等效,和形成了空气“薄膜”,因不是实物,故可方便地改变薄膜的厚度(即和的距离),甚至可以使和重叠和相交,在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体,这些都为其广泛的应用提供了方便。
三、实验内容和步骤共15 分,得分1、调节He—Ne激光器和迈克尔逊干涉仪的相对位置,使光束分别大致照在M1和M2的中央;调节激光器或干涉仪底座的螺丝,使从M1反射的光点返回激光出射处,此时M1与它的入射光大致垂直。
从M1反射的光点有三点,应使其中最亮的一点返回激光出射处。
2、调节M2后的三个螺丝,使M2反射的光点也返回激光出射处,此时M2也与它的入射光大致垂直,并与M1大致垂直。
在观察屏处观察,两个最亮的光斑应互相重合。
3、在激光器前放一个短焦距透镜,使光束扩大而能大致照亮整个反射镜。
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告实验日期,2022年10月15日。
实验地点,XX大学物理实验室。
实验人员,XXX。
实验目的,掌握迈克尔逊干涉仪的使用方法,了解干涉仪的原理,并通过实验观察干涉现象。
实验仪器,迈克尔逊干涉仪、激光器、准直器、分束镜、合束镜、反射镜等。
实验步骤:
1. 调整激光器使其垂直射向准直器,确保激光光束稳定。
2. 使用准直器将激光光束调整为平行光。
3. 将平行光分为两束,一束射向分束镜,另一束射向合束镜。
4. 调整分束镜和合束镜使两束光在干涉仪中相遇。
5. 观察干涉图样,调整反射镜使干涉条纹清晰。
实验结果,通过调整干涉仪的反射镜,观察到了明显的干涉条纹。
随着反射镜的微调,干涉条纹的间距和明暗交替发生了变化,
符合干涉现象的特点。
实验总结,通过本次实验,我们掌握了迈克尔逊干涉仪的使用
方法,了解了干涉仪的原理,并通过实验观察到了清晰的干涉条纹。
这次实验不仅加深了我们对光学干涉的理解,也提高了我们的实验
操作能力。
同时,也让我们更加深入地理解了光的波动性质和干涉
现象在实际中的应用。
在今后的学习和科研工作中,这些知识和经
验都将对我们有所帮助。
迈克尔逊干涉仪实验报告
自查报告。
实验名称,迈克尔逊干涉仪实验报告。
实验日期,2022年10月15日。
实验地点,XX大学物理实验室。
实验目的,通过迈克尔逊干涉仪观察干涉条纹,验证光的干涉
现象,并测量光的波长。
实验过程,在实验中,我们首先调整迈克尔逊干涉仪的光路,
确保光路稳定且光程差可调。
然后我们使用激光作为光源,通过调
整半反射镜和反射镜的位置,观察干涉条纹的变化。
在观察到清晰
的干涉条纹后,我们利用微调器调整光程差,记录不同光程差下的
干涉条纹情况。
最后,我们利用干涉条纹的间距计算出光的波长。
实验结果,通过实验观察,我们成功观察到了清晰的干涉条纹,并且随着光程差的变化,干涉条纹的间距也发生了变化。
通过测量
干涉条纹的间距,我们计算出激光的波长为632.8nm,与标准值相符合。
实验结论,通过本次实验,我们验证了光的干涉现象,并且成功测量出了激光的波长。
在实验中,我们也发现了迈克尔逊干涉仪的调整对实验结果的影响很大,需要仔细调整光路以获得清晰的干涉条纹。
总的来说,本次实验取得了成功的结果。
存在问题,在实验中,我们发现迈克尔逊干涉仪的调整比较困难,需要耐心和细心。
在未来的实验中,我们需要更加熟练地掌握调整光路的技巧,以提高实验的效率和准确性。
实验人员签名,__________ 日期,__________。
精选全文完整版可编辑修改大学物理实验报告3. 实验原理(请用自己的语言简明扼要地叙述,注意原理图需要画出,测试公式需要写明)(1)迈克耳孙干涉仪的结构与光路如图5.3. 1所示为迈克耳孙干涉仪的侧视图图与俯视图,导轨7固定在一只稳定的底座上,底座由三颗调平螺丝9及其锁紧螺丝10来调平。
丝杠6螺距为1mm,转动粗调手轮2,经一对齿轮带动丝杠转动,进而带动移动镜M在导轨上滑动。
移动距离可在毫米刻度尺5上读到1 mm,在窗口3中的刻度盘上读到0.01 mm。
转动微调手轮1,经1:100的蜗轮传动,可实现微动。
微动手轮上的最小刻度为0.0001 mm,可估读到0.00001 mm 。
分光板G1和补偿板G2固定在基座上,不得强扳,且不能用手接触其光学表面。
固定参考镜(定镜)13和移动镜(动镜)11后各有三颗螺丝,用于粗调两者相互垂直,不能拧得太紧或太松,以免使其变形或松动。
固定参考镜13的一侧和下部各有一颗微调螺丝 14和15,可用来微调13的左右偏转和俯视,微调螺丝也不能拧得太松或太紧。
丝杠的顶进力由丝杠顶进螺帽8来调整。
迈克尔逊干涉仪的实验原理如图5.3.2所示。
由光源S发出一束光,射到分光板G1的半透半反膜L上,L使反射光和反射的光强基本相同,所以称G1为分光板。
透过膜层L的光束(1)经G2到达参考镜M1后,被反射回来;被反射的光束(2) 到达移动镜M2后,也被反射回来。
由于(1)、(2)两束光满足光的相干条件,各自反射回来在膜层L所在表面相遇后,就发生干涉,在E处即可观察到干涉条纹。
G2是补偿板,它使光束(1)和(2)经过玻璃的次数相同,当使用白光作为光源时,G2还可以补偿G1的色散。
M1’是在G1中看到的M1的虚像。
(2) 单色点光源等倾干涉条纹的观察及波长的测量如图5.3.3所示,由He-Ne激光器发出的细束平行激光经过以钠光入射,它有两条谱线,对应空气中波长分别为λ 1和λ 2(设λ 1>λ 2),彼此十分接近,就会出现这样一种情况: 当d 为某一定值d1时,对同一入射角θi,有2d1cos θi=k λ2,且2d1cos θi=(k+1/2) λ 1,此时λ 2的k 级明条纹与λ1的k 级暗条纹重叠,视场中干涉条纹的可见度最低,如图5.3.5所示。
迈克尔逊干涉仪的调节与使用、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构原理并掌握调节方法2、观察等厚干涉、等倾干涉以及白光干涉。
3、测量钠双线的波长差。
二、仪器用品迈克尔逊干涉仪,He-Ne多光束光纤激光器。
三、实验原理1、迈克尔逊干涉仪:迈克耳孙干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪,其光路如图所示,它由反射镜M、M、分束镜P和补偿板P组1212成。
其中M是一个固定反射镜,反射镜M可以沿光轴前12后移动,它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P的一1 个面镀有半透半反膜,它能将入射光等强度地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。
迈克耳孙干涉仪的结构如图所示。
镜M、M的背面各有三12个螺丝,调节M、M镜面的倾斜度,M的下端还附有两个121互相垂直的微动拉簧螺丝,用以精确地调整M的倾斜度。
1M镜所在的导轨拖板由精密丝杠带动,可沿导轨前后移动。
2M镜的位置由三个读数尺所读出的数值的和来确定:主尺、2粗调手轮和微调手轮。
1*14-5-2辺应匚孙卜沙腫1...I'劭型昇-川出世柿沖叶轨沖灯樓山氐川比II.T-帧和黑1」;k训“山射袒.M宀-分他出5M船比〔:川1机IWJMfili孜御LXII-训定乖血;is—flldtj PifcqM-jMttljrJ3M,的术T・|;f板蝉狀:IM盛刑P轮I订一MJ勺忙ll忡.Ji端迂如图所示,多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,经其会聚后的激光束,可以认为是一个很好的点光源S发出的球面光波。
5'为5经皿及6反射后111所成的像,S'为S经G及M反射后所成的像。
S'和S'21221 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S'和S'到该点的光程差A=r-r决定,2121 其中r和r分别为S'和S'到P点的光程。
大学物理仿真实验迈克尔逊干涉仪大学物理仿真实验------迈克尔逊干涉仪实验名称:迈克尔逊干涉仪实验目的:1了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法。
2观察非定域干涉条纹。
3测量氦氖激光的波长。
4并增强对条纹可见度和时间相干性的认识。
实验仪器:迈克尔逊最早为了研究光速问题而精心设计了该装置。
它是一种分振幅的干涉装置,它将一路光分解成相互垂直的两路相干光,然后通过反射再重新汇聚在另一个方向上。
基于其结构原因,它是光源、两个反射镜、接收器(屏或眼睛)四者完全分立,东南西北各据一方,便于光路中安插其它器件。
如利用白光测玻璃折射率,测定气体折射率等。
迈克尔逊干涉仪可以使等厚干涉、等倾干涉及各种条纹的变动做到非常易于调整,很方便进行各种精密测量。
它的设计精巧,用途广泛,在许多科研领域都有它应用的身影。
迈克尔逊干涉仪原理图A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点,可以用观察屏来获得实像,也可以直接观察镜中虚像。
图中的M2'是等效的M2位置。
M1可在光线行进方向移动,产生与M2'的不同光程差。
M1的位置使用粗调和细调旋钮调节,并且移动轨道上设有标尺。
A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点,可以用观察屏来获得实像,也可以直接观察镜中虚像。
图中的M2'是等效的M2位置。
M1可在光线行进方向移动,产生与M2'的不同光程差。
M1的位置使用粗调和细调旋钮调节,并且移动轨道上设有标尺。
分光板、补偿板和反射镜A和B是取自同一块玻璃上的厚度和折射率一样的两个玻璃板,其中一块A 的背面镀上半透半反膜,它使光线分成光强大致相等的两束相干光。
另一块是补偿板,它的作用是在两个反射镜在等臂时光程相等;因为若没有补偿板,一路反射光通过A三次,而另一路透射光只通过A一次;这对于单色光时没有影响,对于复色光时则影响测量结果。
其背面有三个可调螺钉,在实验中它充当三维角度调整;其中一个镜子的虚像(M2')和另一个镜子(M1)之间形成"空气夹层"。
若空气层是绝对的平行,则形成的条纹是等倾干涉圆条纹;若空气层是楔形的,则形成的条纹是等厚干涉直条纹。
两个反射镜中一个(M2)是固定的,另一个(M1)是可以在导轨上移动的。
实验原理:1( 迈克尔孙干涉仪的结构和原理迈克尔孙干涉仪的原理图如图1所示,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。
图1 迈克尔逊干涉仪的原理图光源S发出的光射向A板而分成(1)、(2)两束光,这两束光又经M1和M2反射,分别通过A的两表面射向观察处O,相遇而发生干涉,B作为补偿板的作用是使(1)、(2)两束光的光程差仅由M1、M2与A板的距离决定。
由此可见,这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长,而且其路径是互相垂直的,分的很开,这正是它的主要优点之一。
从O处向A处观察,除看到M1镜外,还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2,M1与M2镜所引起的干涉,显然与M1、M’2引起的干涉等效,M1和M’2形成了空气“薄膜”,因M’2不是实物,故可方便地改变薄膜的厚度(即M1和M’2的距离),甚至可以使M1和M’2重叠和相交,在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体,这些都为其广泛的应用提供了方便。
2( 点光源产生的非定域干涉一个点光源S发出的光束经干涉仪的等效薄膜表面M1和M’2反射后,相当于由两个虚光源S1、S2发出的相干光束(图2)。
若原来空气膜厚度(即M1和M’2之间的距离)为h,则两个虚光源S1和S2之间的距离为2h,显然只要M1和M’2(即M2)足够大,在点光源同侧的任一点P上,总能有S1和S2的相干光线相交,从而在P点处可观察到干涉现象,因而这种干涉是非定域的。
若P点在某一条纹上,则由S1和S2到达该条纹任意点(包括P点)的光程差是一个常量,故P点所在的曲面是旋转双曲面,旋转轴是S1、S2的连线,显然,干涉图样的形状和观察屏的位置有关。
当观察屏垂直于S1、S2的连线时,干涉图是一组同心圆。
下面我们利用图3推导的具体形式。
光程差图2 点光源的薄膜干涉图3 薄膜干涉计算示意图把小括号内展开,则由于h<<Z,所以从式(1)可以看出,在δ=0处,即干涉环的中心处光程差有极大值,即中心处干涉级次最高。
如果中心处是亮的,则。
若改变光程差,使中心处仍是亮的,则,我们得到和M之间的距离每改变半个波长,其中心就“生出”或“消失”一个圆环。
即M12两平面反射镜之间的距离增大时,中心就“吐出”一个个圆环。
反之,距离减小时中心就“吞进”一个个圆环,同时条纹之间的间隔(即条纹的稀疏)也发生变化。
由式(2)可知,只要读出干涉仪中M移动的距离 h和数出1相应吞进(或吐出)的环数就可求得波长。
把点光源换成扩展光源,扩展光源中各点光源是独立的、互不相干的,每个点光源都有自己的一套干涉条纹,在无穷远处,扩展光源上任两个独立光源发出的光线,只要入射角相同,都会会聚在同一干涉条纹上,因此在无穷远处就会见到清晰的等倾条纹。
当M1和M’2不平行时,用点光源在小孔径接收的范围内,或光源离M1和M’2较远,或光是正入射时,在“膜”附近都会产生等厚条纹。
3( 条纹的可见度使用绝对的单色光源,当干涉光的光程差连续改变时,条纹的可见度一直是及λ,且λ和λ相差很小,当光不变的。
如果使用的光源包含两种波长λ1212程差为(其中m为正整数)时,两种光产生的条纹为重叠的亮纹和暗纹,使得视野中条纹的可见度降低,若λ与λ的光的亮度又相同,12则条纹的可见度为零,即看不清条纹了。
再逐渐移动M以增加(或减小)光程差,可见度又逐渐提高,直到λ的亮11条纹与λ的亮条纹重合,暗条纹与暗条纹重合,此时可看到清晰的干涉条纹,2再继续移动M,可见度又下降,在光程差1时,可见度最小(或为零)。
因此,从某一可见度为零的位置到下一个可见度为零的位置,其间光程差变化应为。
化简后式中。
利用式(3)可测出纳黄光双线的波长差。
4( 时间相干性问题时间相干性是光源相干程度的一个描述。
为简单起见,以入射角i=0作为例子,讨论相距为d的薄膜上、下两表面反射光的干涉情况。
这时两束光的光程差L=2d,干涉条纹清晰。
当d增加某一数值d’后,原有的干涉条纹变成一片模糊,2d’就叫作相干长度,用L表示。
相干长度除以光速c,是光走过这段长度所需m 的时间,称为相干时间,用t表示。
不同的光源有不同的相干长度,因而也有m不同的相干时间。
对于相干长度和相干时间的问题有两种解释。
一种解释是认为实际发射的光波不可能是无穷长的波列,而是有限长度的波列,当波列的长度比两路光的光程差小时,以路光已通过了半反射镜,另一路还没有到达,这时它们之间就不可能发生干涉,只有当波列长度大于两路光的程差时,两路光才能在半发射镜处相遇发生干涉,所以波列的长度就表征了相干长度。
另一种解释认为:实际光源发射的光不可能是绝对单色的,而是有一个波长范围,用谱线宽度来表,谱线宽度为,也就是说“单色光”示。
现假设“单色光”的中心波长为λ0是由波长为之间所有的波长组成的,各个波长对应一套干涉花纹。
随着距离d 的增加,之间所形成的各套干涉条纹就逐渐错开了,当d增加到使两者错开一条条纹时,就看不到干涉条纹了,这时对应的就叫做相干长度。
由此我们可以得到L与λ及之间的m0关系为:波长差越小,光源的单色性越好,相干长度就越长,所以上面两种解释是完全一致的。
相干时间t则用下式表示 m钠光灯所发射的谱线为589.0nm与589.6nm,相干长度有2cm。
氦氖激光器-14-7所发出的激光单色性很好,其632.8nm的谱线,只有10~10nm,相干长度长达几米到几公里的范围。
对白光而言,其和λ是同一数量级,相干长度为波长数量级,仅能看到级数很小的几条彩色条纹。
5( 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M、M’交线处看到干涉条纹,这时对各种光的波长来说,其光程差(反12 ),故产生直线黑纹,即所谓的中央条纹,两旁有对称分布的彩色射时附加条纹。
d稍大时,因对各种不同波长的光,满足明暗条纹的条件不同,所产生的干涉条纹明暗互相重叠,结果就显不出条纹来。
只有用白光才能判断出中央条纹,利用这一点可定出d=0的位置。
(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M与A之间放入折射率为n、厚度为l的透1 明物体,则此时程差要比原来增大因而中央条纹移出视场范围,如果将M向A前移d,使,则中央条纹会1重新出现,测出d及l,可由下式求出折射率n。
实验内容:1(观察非定域干涉条纹(1)打开He-Ne激光器,使激光束基本垂直M面,在光源前放一小孔光阑,调2节M上的三个螺钉(有时还需调节M后面的三个螺钉),使从小孔出射的激光21 束,经M与M反射后在毛玻璃上重合,这时能在毛玻璃上看到两排光点一一重12合。
(2)去掉小孔光阑,换上短焦距透镜而使光源成为发散光束,在两光束程差不太大时,在毛玻璃屏上可观察到干涉条纹,轻轻调节M后的螺钉,应出现圆心2基本在毛玻璃屏中心的圆条纹。
(3)转动鼓轮,观察干涉条纹的形状,疏密及中心“吞”、“吐”条纹随程差的改变而变化的情况。
2(测量He-Ne激光的波长以改变h,利用采用非定域的干涉条纹测波长。
缓慢转动微动手轮,移动M1式(2)可算出波长,中心每“生出”或“吞进”50个条纹,记下对应的h值。
N的总数要不小于500条,用适当的数据处理方法求出λ值。
3(测钠黄光波长及钠黄光双线的波长差,观察条纹可见度的变化。
4(测量钠光的相干长度,观察氦氖激光的相干情况(不必测出相干长度)。
5(调节观察白光干涉条纹,测透明薄片的折射率。
实验步骤:鼠标移到小孔光栏或短焦距透镜上,可以拖动,要领是:按住左键拖动,拖到正确位置上松开左键,则恰当放置,否则,被拖动的物体自动回原处。
调节小孔光栏或短焦距透镜的动作有两个:拖动和调节高度。
要调节高度,必须先正确放置,然后,在右键弹出的菜单上选择“调节光栏或透镜高度”,再调节,左键调低,右键调高。
在这种状态下,要拖动光栏或透镜,也必须在弹出菜单上选择“归位”后才行。
光栏和透镜的放置位置应该是激光器和干涉仪的中间。
在菜单上单击“打开光源”项,放置小孔光栏,在菜单上选择“调节M2上的螺钉”,则出现M2调节画面(如图5所示)。
M2上三个旋钮,有共同的操作方法:左键左旋,右键右旋。
打开光源后,在操作台上会出现显示屏的放大画面(如图6所示)。