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迈克尔逊干涉仪测量光波的波长实验报告
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迈克尔逊干涉仪条纹采集和波长测量装置设计君，已阅读到文档的结尾了呢~~
用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长用迈克尔
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用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长
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3秒自动关闭窗口【基础物理实验研究性报告】迈克尔逊干涉仪的调整及点光源非定域干涉条纹的观察和测量 - 北航实验报告的日志,人人网,北航实验报告的公共主页
。。转自北航没品段子:一天记者问北航优秀物理实验教师李朝荣，如果学霸和学渣同时不会做物理实验了，你会救谁？周围围观的学生都不乐意了，纷纷扰扰的说怎么问这么脑残的问题，明明谁都不救啊！这时候李老师说话了：救学霸！此话一出周围的学渣们顿时问候起李朝荣的爹妈来了，这不是脑残吗！怎么说，学霸能力也比学渣强，要救也救学渣啊。李朝荣看出了学渣们的疑惑，于是补充了一句：因为学渣会抱紧学霸的大腿！顿时周围的人为朝荣奶奶的机智所折服，掌声经久不息。
【基础物理实验研究性报告】迈克尔逊干涉仪的调整及点光源非定域干涉条纹的观察和测量
迈克尔逊干涉仪的调整及点光源非定域干涉条纹的观察和测量
摘要：本文主要讨论迈克尔逊干涉仪的调整及激光波长的测定实验进行讨论。介绍迈克尔逊干涉仪在历史和现在的应用，并根据自身实验的实际情况，对实验进行思考，提出改进意见。
关键字：迈克尔逊干涉仪、非定域干涉条纹、激光波长、计算机处理数据一、&&& 引言迈克尔逊干涉仪是根据光的干涉原理制成的精密测量仪器，它可以精密地测量长度及长度的微小变化等。1881年，美国物理学家迈克尔逊利用分振幅法获得相干光，设计了这种高精度的干涉仪。迈克尔逊和他的合作者应用此种干涉仪进行了著名的&以太风&实验，否定了以太的存在，为相对论的产生奠定了基础。迈克尔逊还用此干涉仪研究光谱的精细结构，并第一次以光的波长为基准校正了标准米尺。后人又根据这种干涉仪的基本原理研制出各种具有实用价值的干涉仪。迈克尔逊干涉仪在近代物理和近代计量技术发展中起过，并且还起着重要的作用。因此，在大学物理实验中加入迈克尔逊干涉仪的调整实验是非常有必要的。[i]二、&&& 实验原理1、迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的基本结构，如图1所示。M1和M2是两块互相垂直放置的平面反射镜，M2固定不动，M1可以沿精密螺丝杆前后作微小移动。G1和G2是两块厚度相同、折射率相同并与M1和M2成45&角平行放置的平板玻璃。其中G1板背面镀有半反射金属层，它可使入射光分成强度相等的反射光1和透射光2，故称为分光板；G2称为补偿板，其材料及厚度与G1完全相同，用以消除两相干光之间的不对称。自光源S发出，经透镜L出射的单色平行光，经G1板分成光波1和光波2，分别垂直入射到M1和M2上。经M1反射的光波1回到分光板后，一部分透过分光板称为光波1&；而透过G1和G2板并由M2镜反射的光波2回到分光板后，其中一部分被反射为光波2&。显然光波1&和2&是相干光。因此当他们在E处相遇时便发生干涉。在图1所示光路中，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M2&和M1反射而来,迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同M2&和M1之间的空气膜所产生的干涉花纹一样。若M2&和M1平行，则可视做折射率相同、厚度相同的薄膜；若M2&和M1相交，则可视做折射率相同、夹角恒定的楔形薄膜。2、单色点光源的非定域干涉如图2所示，对E处的观察者，仿佛有S1&、S2&两个虚光源，它们发出的球面波在空间处处相关，把观察屏放在E空间内不同位置都可以看到干涉条纹，所以这一干涉是非定域干涉。如果把观察屏放在垂直于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时，展开上式并略去d2/L2,则有&所以亮纹条件为&由上式可见点光源非定域等倾干涉条纹的特点是：①当d,λ一定时，具有相同倾角 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,λ一定时，如φ=0，干涉圆环就在同心圆环中心处，其光程差为△L=2d为最大值，根据明纹条件，其k也为最高级数。如φ&0，φ角越大，则cosφ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d,λ一定时，如果d逐渐减小，则cosφ将增大，即φ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，当内缩或外扩N次，则光程差变化为2△d=Nλ,式中△d为d为变化量，所以有
&④设φ=0时最高级次为k0，则
&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φ&，则最低的级次为k&，且
&所以在视场内看到的干涉条纹的总数为:
&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△k=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、λ一定时，相邻两级条纹有下列关系
&式中，Δφk称为角距离，表示相邻两圆环对应的入射光的倾角差，反映圆环条纹之间疏密程度。上式表明Δφk与φk成反比关系，即环条纹越往外，条纹间角距离越小，条纹越密。[ii]三、&&& 实验仪器①&&& 迈克尔逊干涉仪 ②氦氖激光器 ③扩束镜 ④小孔 ⑤毛玻璃四、&&& 实验步骤1、迈克尔逊干涉仪的调整① 调节激光器，使激光束水平地入射到M1、M2反射镜中部并基本垂直于仪器导轨；② 调节M1和M2互相垂直。2、点光源非定域干涉条纹的观察和测量① 将激光束用扩束镜扩束，以获得点光源。这时毛玻璃观察屏上应出现条纹；② 调节M1镜下方微调拉簧，使产生圆环非定域干涉条纹。这时M1和M2的垂直程度进一步提高；③将另一小块毛玻璃放到扩束镜与干涉仪之间，以便获得面光源。放下毛玻璃观察屏，用眼睛直接观察干涉环，同时仔细调节M1的两个微调拉簧，直至眼镜上下、左右晃动时，各干涉环大小不变，即干涉环中心没有吞吐，只是圆环整体随眼镜一起平动，此时得到面光源定域等倾干涉条纹，说明M1和M2严格垂直；④移走小块毛玻璃，将毛玻璃观察屏放回原处，仍观察点光源等倾干涉条纹。改变d值，使条纹外扩或内缩，圆环中心每吞或吐100个条文记下一个d，连续测10个值。利用λ=2Δd/N，测出激光的波长。五、&&& 数据记录与处理1、原始数据列表
2、用逐差法计算激光波长由逐差法，有：&
对不确定度进行计算：&
&& & & & &&最终结果表示为&六、讨论1、迈克尔逊干涉仪的应用①在历史上，曾经用迈克尔逊干涉实验证明过以太并不存在；迈克尔逊干涉仪被用来研究过精细光谱；用迈克尔逊干涉仪以光的波长为基准校正过标准米尺。②在现代，迈克尔逊干涉仪仍有其新的应用。在科学实验中，迈克尔逊干涉仪常应用于测量一些星球的直径、光波长、波长比、折射率、精确微长度、表面粗糙度、土层厚度和其他参数等。利用迈克尔逊干涉原理可以制作许多光学器件，如长周期光栅迈克尔逊干涉仪，还有基于偏振无关型光纤的迈克尔逊干涉仪传感器，其可应用于测量偏振诱导信号衰弱的实验。美国的一些研究所实施研究原子迈克尔逊干涉仪，该干涉仪在一片原子芯片上实现，这对迈克尔逊干涉仪在微传感领域的应用与原子芯片的研究都有很大推动作用。在教学实验中，迈克尔逊干涉实验作为一个经典的物理光学实验，是作为学习光干涉理论的主要内容之一。该实验在国外的一些大学相关课程设置中大多有安排，在熟悉迈克尔逊干涉实验的基础上，再做测量光源波长、材料的折射率、或者再简单改变实验设置做其他的光学实验等等。美国的Virginia大学把迈克尔逊干涉实验作为重要的波动光学物理实验，其实验教材提出一大堆关于干涉的问题让学生去找参考书回答，所涉及问题既包括实验原理，也包括实验步骤等。迈克尔逊干涉仪也是许多欧洲大学物理系学生都必须做的实验，德国的多数高校的物理系的普通物理实验以及其他专业的(如电子和计算机技术)的普通物理实验均开设迈克尔逊干涉实验。英国兰开夏大学的物理实验教学中开设的光学实验中就有迈克尔逊干涉实验，英国剑桥大学物理、化学专业都开设了迈克尔逊实验，实验内容包括：详细介绍迈克尔逊实验的历史、光学原理，学生亲自动手搭建干涉仪，验证不同干涉臂长度对于实验现象的影响，测试光源波长。英国的牛津大学在第一学年也开设了迈克尔逊干涉的实验，该大学的教授还进行被动大气探测迈克逊干涉仪(MIPA)相关方面的研究。澳洲的研究协会与澳洲的研究生培养计划组织一直都支持和开展与迈克尔逊实验相关的一些研究和应用。[iii...
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