迈克尔逊干涉仪测量光波的波长实验报告

迈克尔逊干涉仪测量光波的波长班级：姓名：学号：实验日期：一、实验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法；2.利用点光源产生的同心圆干涉条纹测定单色光的波长。二、仪器及用具（名称、型号及主要参数）迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器，透镜等三、实验原理迈克尔逊干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源S和观察点E（或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2’反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M2’是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M2’来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M2’之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M2’之间的距离为d，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示若M1与M2平行，则各处d相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d越大圆环越密。反之中心圆斑变大、圆环变疏。若d增加，则中心“冒出”一个条纹，反之d减小，则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系即λ=根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。四、实验步骤及操作1.单击登陆进入实验大厅2.选择光学实验单击3.双击迈克尔逊干涉仪进入实验界面4.在实验界面单击右键选择“开始实验”5.调节仪器。（抓图）2cosdi2dN6.测量：由测量波长关系式可知，λ是以定值，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9次，用逐差法处理实验数据。（抓图）五、数据记录及处理1.数据列表表1平面镜M1位置变化测量条纹的吞吐数N1050100150200di/mm48.4940548.4788048.4629648.4468248.43099条纹的吞吐数N2250300350400450di+5/mm48.4151348.4090648.3834748.3779948.35196△N=N2-N1250250250250250△di=(di+5-di)/5/mm-0.015784-0.013948-0.015898-0.013766-0.015806△（△di）=△di-△mm0.0594180.0612540.0593040.0614360.0593962.数据处理由上表知|△d|=0.075202mmN=250UA=5.77350*10-6mUB=1.08305*10-6m∴U△d=5.87421*10-6m∴Uλ=2UΔd/N=46.99368nm计算平均值λ=(2△d)/N=601.616nm根据标准值λ标=632.8nm百分相对误差:E=(|λ-λ标|)/λ标×100%=(|601.616-632.8|)/632.8×100%=4.927%∴λ=(601.62+46.99)nm六、回答预习思考题1.测He-Ne激光波长时，要求n尽可能大，这是为什么？对测得的数据应采用什么方法进行处理？答：n越大所测得的波长的精确度就越高，对实验测得的数据采用逐差法进行处理。2.从实验原理图1中看，如果把干涉仪中的补偿板B去掉，会影响到哪些测量？哪些测量不受影响？答：补偿板有两个作用，其一是补偿光程，其二是消色差，且最主要作用为消色差。补偿板B的作用是使光程差仅由M1、M2的位置决定，若去掉B，那么光程差还受到平行板厚度、倾角、折射率等因素的影响。综合分析可以知道，这样的话会使各个刻度的测量带来影响，而对于圆环数N则没有影响。