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文本内容:
实验40用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长
1、实验目的
1.了解迈克尔逊干涉仪的结构及调整方法,并用它测光波波长
2.通过实验观察等倾干涉现象
二、实验仪器氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪250__、透镜、毛玻璃等迈克尔逊干涉仪外形如图一所示其中反射镜M1是固定的,M2可以在导轨上前后__,以改变光程差反射镜M2的__采用蜗轮蜗杆传动系统,转动粗调手轮
(2)可以实现粗调M2__距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺
(5)上读得通过读数窗口,在刻度盘
(3)上可读到
0.01mm;转动微调手轮
(1)可实现微调,微调手轮的分度值为1×10-4mm可估读到10-5mmM
1、M2背面各有3个螺钉可以用来粗调M1和M2的倾度,倾度的微调是通过调节水平微调
(15)和竖直微调螺丝
(16)来实现的图一图二
3、实验原理
1.仪器基本原理迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图二所示M
1、M2是一对精密磨光的平面反射镜P
1、P2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板,与M
1、M2均成45°角P1的一个表面镀有半反半透膜,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;P1称为分光板当光照到P1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P2,在P1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P1射向E由于光线
(2)前后共通过P1三次,而光线
(1)只通过P1一次,有了P2,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P2称为补偿板当观察者从E处向P1看去时,除直接看到M2外还看到M1的像M1ˊ于是
(1)、
(2)两束光如同从M2与M1ˊ反射来的,因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1´~M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效
2.干涉条纹的图样本实验用He-Ne激光器作为光源(见图三),激光S射向迈克尔逊干涉仪,点光源经平面镜M
1、M2反射后,相当于由两个点光源S1ˊ和S2ˊ发出的相干光束Sˊ是S的等效光源,是经半反射面A所成的虚像S1′是S′经M1′所成的虚像S2′是S′经M2所成的虚像由图三可知,只要观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内,都能看到干涉现象如果M2与M1′严格平行,且把观察屏放在垂直于S1′和S2′的连线上,就能看到一组明暗相间的同心圆干涉环,其圆心位于S1′S2′轴线与屏的交点P0处,从图四可以看出P0处的光程差ΔL=2d,屏上其它任意点P′或P″的光程差近似为1式中为S2′射到P″点的光线与M2法线之间的夹角当时,为明纹;当时,为暗纹由图四可以看出,以P0为圆心的圆环是从虚光源发出的倾角相同的光线干涉的结果,因此,称为“等倾干涉条纹”=0时光程差最大,即圆心P0处干涉环级次最高,越向边缘级次越低当d增加时,干涉环中心级次将增高,条纹沿半径向外__,即可看到干涉环从中心“冒”出;反之当d减小,干涉环向中心“缩”进去图三图四由明纹条件可知,当干涉环中心为明纹时,ΔL=2d=kλ此时若__M2(改变d,环心处条纹的级次相应改变,当d每改变λ/2距离,环心就冒出或缩进一条环纹若M2__距离为Δd,相应冒出或缩进的干涉环条纹数为N,则有即
(2)式中为M2__前后的位置读数差实验中只要测出和N,即可由
(2)式求出波长
四、实验步骤
1.使He-Ne激光器光束大致垂直于M1,在E处放一接收屏,即可看到两排激光光斑,每排都有几个光点,这是由于P1与半反射面相对的另一侧的玻璃面上亦有部分反射的缘故调节M1背面的三只螺钉,使两排中的两个最亮的光斑大致重合
2.用短焦距透镜扩展激光束,即能在屏上看到弧形条纹再调节M1的微调螺钉,使M1´与M2趋向严格平行,弧状条纹就逐渐转化为非定域的圆条纹了
3.转动M2镜的传动系统使M2前后__观察调温度额变化当条纹“冒出”时表明d变大,反之变小
4.调整零点将微动鼓轮沿顺时针旋转至零,然后以同一方向转动粗动手轮使之对齐某一刻度这以后,在测量时只能仍以相同方向转动微动鼓轮,这样才能使手轮与鼓轮二者读数相互配合
5.按原方向转动微调手轮(改变值),看到一个一个干涉环从环心冒出当干涉环中心最亮时,记下活动镜位置读数,然后继续缓慢转动微调手轮,当冒出的条纹数N=80时,再记下活动镜位置读数,反复测量多次,由
(2)式算出波长,并与标准值(λ0=
632.8__)比较,计算相对不确定度
5、数据记录与处理表一测量氦氖激光波长的实验数据表次数0123456环数N080160240320400480()
25.
00027.
44229.
94932.
54935.
12337.
69540.195实验结果测量结果相对误差。