2023北航迈克尔逊干涉仪研究性实验报告2Word文档格式.docx
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1.2单色点光源的非定域干涉条纹................................................................................3
1.3迈克尔逊干涉仪的机械结构....................................................................................4
2实验仪器....................................................................................................................5
3实验主要步骤.............................................................................................................5
3.1迈克尔逊干涉仪的调整............................................................................................5
3.2点光源非定域干涉条纹的观察与测量....................................................................5
3.3数据处理...................................................................................................................5
4实验数据处理............................................................................................................5
4.1实验数据记录...........................................................................................................5
4.1实验数据记录...........................................................................................................6
4.2用逐差法处理数据...................................................................................................6
4.3计算不确定度...........................................................................................................6
4.3计算不确定度...........................................................................................................7
5误差来源分析............................................................................................................7
6实验经验总结............................................................................................................8
6.1对d的值选取问题.....................................................................................................8
6.2起始位置的选取.......................................................................................................8
6.3调节技巧...................................................................................................................8
6.4干涉图样不圆整、不规则........................................................................................8
7实验的改进方案........................................................................................................9
7.1实验计数系统改进...................................................................................................9
7.2激光器的改进............................................................................................................9
7.3实验环境的改进........................................................................................................9
8实验感想与收获........................................................................................................9
9对本学期基础物理学实验的体会和建议................................................................10
通过迈克尔逊干涉仪观察光的分振幅干涉现象,采集数据并进行处理,计算出所测激光的波长,并对计算结果的不确定度进行仔细的分析。
根据实验数据对误差来源进行了定量分析,同时总结了实验仪器调节的经验与方法。
最后,根据自身的实验经历对实验的改进提出建设性的意见。
关键词:
迈克尔逊干涉;
波长;
误差;
实验改进。
Abstract
ByMichelsoninterferometerobservationlightamplitudesplittineinterferencephenomenon,datacollectionandprocessing,calculatedfromthemeasuredlaserwavelength,andthecalculationresultsoftheuncertaintyofthecarefulanalysis.Accordingtotheexperimentaldata,theerrorsourceofquantitativeanalysis,andsummarizestheexperienceandmethodsofexperimentalinstrumentregulation.Finally,accordingtoourownpracticalexperiences,wegiveouttheimprovementfortheexperimentofconstructiveviews.
Keywords:
Michelsoninterferometer;
wavelength;
error;
experimentimprovement.
1实验原理
1.1迈克尔逊干涉仪的光路
迈克尔逊干涉仪的光路如图1所示,从光源S发出的一束光射在分束板G1上,将光束分
为两部分:
一部分从G1的半反射膜处反射,
射向平面镜M2;
另一部分从G1透射,射向平
面镜M1。
因G1和全反射平面镜M1、M2均成
45°
角,所以两束光均垂直射到M1、M2上。
从M2反射回来的光,透过半反射膜;
从M1反
射回来的光,为半反射膜反射。
二者汇集成
一束光,在E处即可观察到干涉条纹。
光路中
另一平行平板G2与G1平行,其材料及厚度与
G1完全相同,以补偿两束光的光程差,称为
补偿板。
反射镜M1是固定的,M2可以在精密导轨
上前后移动,以改变两束光之间的光程差。
M1,M2的背面各有3个螺钉用来调节平面镜
的方位。
M1的下方还附有2个方向相互垂直的拉簧,松紧它们,能使M1支架产生微小变形,以便精确地调节M1。
在图1所示的光路中,M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像。
对观察者而言,两相干光束等价于从M1’和M2反射而来,迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同M2与M1’之间的空气膜所产生的干涉花纹一样。
若M1’与M2平行,则可视作折射率相同、厚度相同的薄膜(此时的为等厚干涉);
若M1’与M2相交,则可视作折射率相同、夹角恒定的楔形薄膜。
1.2单色点光源的非定域干涉条纹
如图2所示,M2平行M1’且相距为d。
点光源S
发出的一束光,对M2来说,正如S’处发出的光一样,
即SG=S’G;
而对于在E处观察的观察者来说,由于
M2的镜面反射,S’点光源如处于S2’处一样,即
S’M2=M2S2’。
又由于半反射膜G的作用,M1的位置
如处于M1’的位置一样。
同样对E处的观察者,点光
源S如处于S1’位置处。
所以E处的观察者多观察到的
干涉条纹,犹如虚光源S1’、S2’发出的球面波,它们
在空间处处相干,把观察屏放在E空间不同位置处,
都可以见到干涉花样,所以这一干涉是非定域干涉。
如果把观察屏放在垂直与S1’、S2’连线的位置上,则
可以看到一组同心圆,而圆心就是S1’、S2’的连线与
屏的交点E。
设在E处(ES2’=L)的观察屏上,离中心
E点远处有某一点P,EP的距离为R,则两束光的光程
差为
?
L?
d?
2d?
2?
R?
2L?
R2222时,展开上式并略去d/L,则有
2Ld/
d22?
2dcos?
式中,?
是圆形干涉条纹的倾角。
所以亮纹条件为
k?
(k?
0,1,2,?
)
由上式可见,点光源非定域圆形干涉条纹有如下几个特点:
①当d、?
一定时,?
角相同的所有光线的光程差相同,所以干涉情况也完全相同;
对应于同一级次,形成以光轴为圆心的同心圆环。
②当d、?
一定时,如?
0,干涉圆环就在同心圆环中心处,其光程差?
2d为最大值,根据明纹条件,其k也是最高级数。
如?
0,?
角越大,则cos?
越小,k值也越小,即对应的干涉圆环越往外,其级次k也越低。
③当k、?
一定时,如果d逐渐减小,则cos?
将增大,即?
角逐渐减小。
也就是说,同一k级条纹,当d减小时,该级圆环半径减小,看到的现象是干涉圆环内缩(吞);
如果d逐渐增大,同理,看到的现象是干涉圆环外扩(吐)。
对于中央条纹,若内缩或外扩N次,则光程差变化为2?
N?
。
式中,?
d为d的变化量,所以有
d/N
④设?
0时最高级次为k0,则
k0?
2d/?
同时在能观察到干涉条纹的视场内,最外层的干涉圆环所对应的相干光的入射角为?
,则最低的级次为k?
,且
所以在视场内看到的干涉条纹总数为2d?
cos?
(1?
当d增加时,由于?
一定,所以条纹总数增多,条纹变密。
⑤当d?
0时,则?
0,即整个干涉场内无干涉条纹,见到的是一片明暗程度相同的视场。
⑥当d、?
一定时,相邻两级条纹有下列关系
篇二:
ByMichelsoninterferometerobservationlightamplitudesplittineinterferencephenomenon,datacollectionandprocessing,calculatedfromthemeasuredlaserwavelength,andthecalculationresultsoftheuncertaintyofthecarefulanalysis.Accordingtotheexperimentaldata,theerrorsourceofquantitativeanalysis,an