迈克尔逊干涉仪测量激光波长实验报告

《大学物理实验》实验报告实验名称：迈克尔逊干涉仪测量激光波长专业班级：组别：姓名：学号：合作者：日期：大学物理实验报告实验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的基本结构并掌握其调节和使用方法。2.观察非定域等倾干涉现象。3.利用非定域等倾干涉测量He-Ne激光的波长。实验仪器HJ2A-7型He-Ne激光器，WSM-100型迈克尔逊干涉仪（-5=510mm仪），毛玻璃屏（观察屏）实验测量原理根据教材P99，利用迈克尔逊干涉仪的非定域测量激光波长的测量公式2dN（1）如图1所示，测量公式中的N为观察屏中心处“陷入”或“冒出”的条纹个数，d为空气膜厚度的增加量或减小量，也是1M镜沿导轨移动的距离。实验内容与数据处理1.数据的测量转动粗调手轮得到清晰且疏密度合适的非定域等倾干涉条纹。转动微调手轮，当圆环条纹中心开始均匀陷入或冒出时，才开始读数测量。为读数方便，先将微调手轮沿某一方向旋转至零，继续以同样的方向转动粗调手轮，将干涉环中心调至最暗（或最亮），记下此时1M镜初始位置，继续同向转动微调手轮，并对干涉条纹的陷入（或冒出）开始计数，每陷入（或冒出）50个就记录一次1M镜位置读数，直到连续的450个条纹陷入（或冒出）。将包括初始位置的10个位置读数记入表格1中。表1迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长数据记录表陷入（或冒出）条纹个数1N0501001502001M镜位置immd30.1100030.1260930.1437230.1603530.17575陷入（或冒出）条纹个数2N2503003504004501M镜位置i+5mmd30.1940230.2109030.2295830.2431230.2610221NNN250i+5immiddd0.084020.084810.085860.082770.08527图1点光源的非定域干涉大学物理实验报告2.用对半分逐差法处理数据根据表1数据，先计算得到中心处观测到“陷入”或“冒出”250个条纹时，1M镜沿导轨移动距离7561283941050.08402+0.08481+0.08586+0.08277+0.08527=0.084546(mm)5dddddddddddHe-Ne激光的波长平均值为220.084546mm676.368nm250dN不确定度U计算：根据公式756128394105ddddddddddd得d的不确定度为1234567891012222222222212345222222222267891022++1=25ddddddddddddddddddUUUUUdddddUdddddUUUUUdddddUUU34567891022222222++ddddddddUUUUUUU因为id是单次的直接测量量，它的不确定度取为仪器的误差限，即-5510mmidU仪，所以22-512=10=3.1622810mm255iddUU仪根据221250125dddN得He-Ne激光波长的不确定度-5-511=3.1622810mm=0.02529810mm0.25298nm0.3nm125125dUUHe-Ne激光波长的测量结果：=Unm=676.3680.3nm=676.40.3nm实验结论测量结果He-Ne激光的波长最佳值为676.368nm不确定度1=0.3nm125dUUHe-Ne激光的波长的测量结果：=Unm=676.40.3nm大学物理实验报告分析讨论1.He-Ne激光波长的理论值是632.8nm，而测量值偏大，原因是仪器读数造成的，连续读450个条纹可能有漏掉的情况。2.影响系统测量精度的主要误差来源包括干涉条纹的过细导致在读数过程中加入多条条纹的宽度而产生的误差，读数的误差和移动条纹过程引入误差，以及两个反射镜不严格垂直引入的误差。3.由于实验仪器精度较高，对外界干扰反应较为灵敏，所以即使调好了光路和条纹图案，也会经常变动，从而产生误差。附思考题参考答案1.什么叫非定域的等倾干涉？答：相干光源发出的相干光在其相遇的空间里处处相干而产生干涉条纹，这种干涉现象没有确定的区域，称为非定域的等倾干涉。2.在图3-21中，1M镜沿着1M、2M距离减小的方向移动并越过2M，在这一过程中环形条纹的“陷入”和“冒出”会发生什么变化？答：根据公式2cosdk，当1M镜移近2M位置时，对于同一级圆环条纹，当d减小时，为保证k不变，cos要增大，即需减小，对应该k级条纹的圆环半径减小，故中心处会不断地“陷入”条纹；当1M镜越过2M位置时，对于同一级圆环条纹，当d增大时，为保证k不变，cos要减小，即需增大，对应该k级条纹的圆环半径增大，故中心处会不断地“冒出”条纹。3.在观察450个条纹的陷入或冒出时，为什么微调手轮只能朝一个方向旋转？答：为了避免产生回程差。4.测量波长时，要求条纹数N尽可能大，这是为什么？答：为了减小读数带来的误差，提高实验精确度。