大物實(shí)驗(yàn)論文

1、 邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及常見(jiàn)問(wèn)題 邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及常見(jiàn)問(wèn)題解決 解決05031301 班 2013301303馬健邁克爾遜干涉儀，由美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的精密光學(xué)儀器，它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉。通過(guò)調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。邁克爾遜實(shí)驗(yàn)干涉儀實(shí)驗(yàn)是普通物理光學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握儀器的調(diào)節(jié)觀察干涉儀產(chǎn)生的 1 邁克爾

2、遜干涉儀的實(shí)驗(yàn)原理1.1 邁克爾遜干涉儀干涉圖樣并測(cè)定氦氖激光的波長(zhǎng)圖 1 邁 克爾遜干涉儀的光路示意圖G1 和 G:是兩塊平行放置的平行平玻璃板，它們的折射率和厚度都完全相同，G1 背面鍍有半反射膜，稱作分光板，G2 稱作補(bǔ)償板。M1 和 M:是兩塊平面反射鏡，它們裝在與 G1成 450 角的彼此互相垂直的兩臂上。M:固定不動(dòng)，M1 可沿臂軸方向前后平移。擴(kuò)展光源S 發(fā)出的光束，經(jīng)分光板分成兩部分，分別近于垂直地入射在平面反射鏡 M1

3、 和 M:上。經(jīng)M:反射的光一部分透過(guò)分光板沿 E 的方向傳播，而經(jīng) M1 反射的光則是一部分被反射在 E方向。由于兩者是相干的，在 E 處可觀察到相干條紋。光束自 M1 和 M:上的反射相當(dāng)于自距離為 a 的 M1 和 M,’上的反射，其中 M,’是平面鏡 M:為分光板所成的虛像。經(jīng) M 上反射的光三次穿過(guò)分光板，而經(jīng) M:反射的光只通過(guò)分光板一次，補(bǔ)償板就是為消除這種不對(duì)稱性而設(shè)置的。雙光束在觀察平面處的光程差由下式給定:△=2dc

4、osi式中 a 是 M1 和 M,’之間的距離，i 是光源 S 在 M、上的入射角。如下圖所示，當(dāng) M:與 M1 嚴(yán)格垂直，即 M,’與 M1 嚴(yán)格平行時(shí)，所得干涉為等傾干涉。干涉條紋為位于無(wú)限遠(yuǎn)或透鏡焦平面上明暗的同心圓環(huán)。干涉圓環(huán)的特征是:內(nèi)疏外2 儀器調(diào)節(jié)改進(jìn) 儀器調(diào)節(jié)改進(jìn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)比較困難，特別是對(duì)定域干涉現(xiàn)象的調(diào) T}常常不得要領(lǐng)，這里介紹一種快速調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀的方法。2. 1 外觀

5、調(diào)節(jié)2.1.1 調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀的底角螺絲使其水平;調(diào)節(jié)氦氖激光燈、透鏡及邁克爾遜干涉儀的位置，使氦氖激光燈 S、透鏡 L、分光板 G1 補(bǔ)償板 G2 和定鏡 M:大致在一條直線上，即同軸等高(見(jiàn)圖 1) o2. 1. 2 由于氦氖激光相干長(zhǎng)度的限制，應(yīng)調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪移動(dòng)動(dòng)鏡 M上，使動(dòng)鏡 M、和定鏡 Mz 到分光板 G、的距離大致相等。2. 2 粗調(diào)在透鏡 L 上貼一個(gè)箭頭形狀的小紙片，這時(shí)在視場(chǎng)中會(huì)看到小箭頭的三個(gè)像。調(diào)節(jié)定鏡M,后

6、的螺釘，會(huì)發(fā)現(xiàn)其中有一象為動(dòng)像，即為定鏡 M2 所反射的像;另外兩個(gè)為不動(dòng)像，為動(dòng)鏡 M1 所反射的像，即定像。這樣，通過(guò)調(diào)節(jié)定鏡 M,后的螺釘，使動(dòng)像與右面的定像重合，這時(shí)，在視場(chǎng)中若能看到比較粗、比較彎的條紋，則說(shuō)明動(dòng)鏡 M1 與定鏡 M,已經(jīng)大致垂直。若看不到條紋或條紋較細(xì)。則需微調(diào)粗調(diào)手輪，即略微移動(dòng)動(dòng)鏡 M1 的位置，然后再重復(fù)上述步驟，直至出現(xiàn)較粗、較彎曲的條紋為止。2.3 細(xì)調(diào)觀察條紋的走向，如果條紋是水平走向的，則調(diào)節(jié)垂

7、直拉簧螺線;如果條紋是垂直走向的，則調(diào)節(jié)水平拉簧螺絲;如果條紋呈 45。走向，調(diào)節(jié)水平和垂直拉簧螺絲皆可，通過(guò)調(diào)節(jié)可以使 45。走向的條紋調(diào)節(jié)到水平或垂直走向，此時(shí)即可調(diào)節(jié)相應(yīng)的拉簧螺絲，注意要向條紋變粗、變彎曲的方向調(diào)節(jié)。通過(guò)上述調(diào)節(jié)，即可以使視場(chǎng)中出現(xiàn)邁克爾遜干涉圓環(huán)。2. 4 消除視差若上下左右改變視角可以看到環(huán)心處有條紋的“冒出”和“陷入”現(xiàn)象，則說(shuō)明有視差存在。其原因?yàn)閯?dòng)鏡 M1 和定鏡 M:不嚴(yán)格垂直。調(diào)節(jié)方法是上下改變視角

8、調(diào)節(jié)垂直拉簧螺絲，左右改變視角調(diào)節(jié)水平拉簧螺絲(注意一定要微調(diào))，直至上述現(xiàn)象消失為止。此時(shí)動(dòng)鏡 M、和定鏡 M,就完全垂直了。2.5 選擇測(cè)量區(qū)域、測(cè)量方向當(dāng)光程差改變時(shí)，將交替出現(xiàn)對(duì)比度時(shí)大時(shí)小的現(xiàn)象。因而須慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，選對(duì)比度較高而且干涉圓環(huán)疏密合適的區(qū)域作為測(cè)量區(qū)域。選擇的測(cè)量方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)應(yīng)保證對(duì)比度較高區(qū)域內(nèi)將所有數(shù)據(jù)測(cè)完。2. 6 調(diào)節(jié)零點(diǎn)、消除空程將微調(diào)手輪沿測(cè)量方向旋轉(zhuǎn)至零，然后以同方向轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪使之對(duì)

9、準(zhǔn)某一刻度。在調(diào)整好零點(diǎn)后，應(yīng)將微調(diào)手輪沿測(cè)量方向旋轉(zhuǎn)，直至視場(chǎng)中的圓環(huán)“冒出”或“陷入”為止，此時(shí)空程即已消除。 至此，即完成邁克爾遜干涉的調(diào)節(jié)，可以進(jìn)行測(cè)量了。3 實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)3. 1 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器存在不足“邁克爾遜干涉儀”是普通物理光學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握儀器的調(diào)節(jié)，觀察干涉儀產(chǎn)生的干涉圖樣并測(cè)定氦氖激光的波長(zhǎng)兄。通過(guò)我個(gè)人及其他同學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程看，造成現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)難度較大的主要原因有: 1 為保證干涉圖樣的正確性和實(shí)