实验7--迈克尔逊干涉仪测激光波长

1迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长（306）一、实验目的：1、了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节使用方法；2、了解光的干涉现象；观察、认识、区别等倾干涉3、掌握用迈克尔逊干涉仪测He－Ne激光的波长的方法。二、实验仪器迈克耳逊干涉仪；He－Ne激光器三、实验原理如图2示，从光源S发出的光束射向分光板G1，被G1底面的半透半反膜分成振幅大致相等的反射光1和透射光2，光束１被动镜M2再次反射回并穿过G1到达E；光束2穿过补偿片G2后被定镜M1反射回，二次穿过G2到达G1并被底层膜反射到达E；最后两束光是频率相同、振动方向相同，光程差恒定即位相差恒定的相干光，它们在相遇空间E产生干涉条纹。单色光的等倾干涉激光器发出的光波长为λ，经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源，经G１、M１、M２′的反射，也等效于沿轴向分布的2个虚光源S１′、S２′所产生的干涉。因S１′、S２′发出的球面波在相遇空间处处相干，所以观察屏E放在不同位置上，均可看到干涉条纹，故称为非定域干涉。当E垂直于轴线时(见图2)，调整M１和M２的方位使相互严格垂直，则可观察到等倾干涉圆条纹。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M２和M１反射的两列相干光波的光程差为δ＝2dcosθ……（1）其中θ为反射光⑴在平面镜M２上的入射角。由干涉明纹条件有2dcosθｋ＝k2λ……（2）(考虑到θ较小，)d、λ一定时，若θ=0，光程差δ=2d最大，即圆心所对应的干涉级次最高，从圆心向外的干涉级次依次降低；对θ=0的明条纹，有：δ=2d=kλ可见每“涌出”或“缩入”一个圆环，相当于S1S2的光程差改变了一个波长Δδ=λ。当d变化了Δd时，相应地“涌出”（或“缩入”）的环数为Δk，从迈克尔逊干涉仪的读数系统上测出动镜移动的距离Δd，及干涉环中相应的“涌出”或“缩入”环数Δk，就可以求出光的波长λ为：λ＝2Δd／Δk……（3）或已知激光波长，由上式可测微小长度变化为：Δd＝Δkλ／2…….（4）四、实验内容及步骤测He－Ne激光的波长①目测粗调使凸透镜中心，激光管中心轴线，分光镜中心大致垂直定镜M2，并打开激光光源。②（暂时拿走凸透镜）调激光光束垂直定镜。（标准：定镜反射回的光束，返回激光发射孔。）③调M1与M2垂直。（标准：观测屏中两平面镜反射回的亮点完全重合。）④在光路中加进凸透镜并调整之，使屏上出现干涉环。⑤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。◆方法：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，对齐任一刻度线。再将微调鼓轮同方向旋转一周再至零点。⑥测量。测干涉环纹从环心“吐出”或“吞进”环数Δk（每50环）和对应的动镜移动的距离Δdi。⑦数据记录，并上交任课教师审批签字。五、注意事项31、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、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。3、测量过程中要防止回程误差。测量时，微调鼓轮只能沿一个方向转动（必须和大手轮转动方向一致），否则全部测量数据无效，应重新测量。。4、激光束光强极高，切勿用眼睛对视，防止视网膜遭受永久性损伤。5、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。六、数据处理七、误差分析八、附原始数据记录表格（注：作实验时记录在原始数据上用）1、数据记录表格（λ=6.328×10-7m）干涉环变化数K1050100150200位置读数d1(mm)干涉环变化数K2位置读数d2(mm)环数差△K=K2─K1△di=d2─d1(mm)