用迈克尔逊干涉仪测光波波长和波长差

评分：大学物理实验设计性实验实验报告

实验题目：用迈克尔逊干涉仪测光波波长和波长差

班级：自动化（1）班

姓名：陈杰学号：********

指导教师：魏同利

实验日期：2011 年12月23日

用迈克尔逊干涉仪测光波波长和波长差

实验提要

实验课题及任务

《用迈克尔逊干涉仪测光波波长和波长差》实验课题任务是：给定的仪器是迈克尔逊干涉仪、钠光钉，运用所学的光的干涉理论，结合所给的仪器，设计出实验方案，测量出钠黄光的波长差λ∆。

学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测光波波长和波长差》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。

设计要求

⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出波长的计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶ 在分光计上观察反射光的偏振现象，测定起偏角。 ⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。 ⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。

实验仪器

迈克尔逊干涉仪、白炽灯与毛玻璃屏。

问题提示

钠光灯发出的光，其中两条主谱线的波长和强度都很接近，在迈克尔逊干涉仪中将独立地发生干涉条纹，两组条纹叠加的结果使干涉条纹的视见度的发生周期性变化，实验时只要测出邻两个视见度最差(也可以是间隔n 个视见度最差)的鼓轮读数d ∆，重复五取平均值，利用迈克尔逊干涉实验得到的相干公式找出它们的内在联系，导出波长差的计算公式d

∆=

∆22

λλ，即可求出波长差。

钠黄光较强的两条主谱线的波长分别为nm 5891=λnm 6.5892=λ，

nm 3.589=λ。

必答问题

⑴ 定域干涉与非定域干涉的区别？ ⑵ 提出减少误差的方法。

评分参考 (10分)

⑴ 正确的写出波长计算公式，2分； ⑵ 正确的写出波长差计算公式，3分；

⑶ 写出实验内容、步骤及判定方法，2.5分；

⑷ 写出完整的实验报告，2.5分；(其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分，回答问题0.5分×2=1分)

提交整体设计方案时间

学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版。用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。

参考书籍

《大学物理实验》陆廷济 胡德敬 陈铭南 主编 《光学教程》姚启钧原著

[实验目的]

1.了解迈克尔逊干涉仪的结构，掌握其调节和使用

方法。 2.了解迈克尔逊干涉仪的设计原理。

3.通过观察实验想象，加深对干涉原理的理解。

4.学会测定钠黄光的波长和钠双线的波长差。 [实验仪器]

迈克尔逊干涉仪，钠光灯，毛玻璃屏。

[实验原理] 1.迈克尔逊干涉仪的主体结构（如图21-1和图21-2所示）

（１）底座

底座由三个调平螺丝9支撑，调平后可以拧紧锁 图21-1

紧圈10以保持座架稳定。 （２）导轨

导轨7被固定在底座上。 （３）拖板部分

拖板是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母，丝杆穿过母，当丝杆旋转时，拖板能前后移动，带动固定在其上的移动镜11（M2）在导轨面上滑动，实现粗动。M2是一块很精密的平面镜，表面镀有金属膜，具有较高的反射率，垂直地固定在拖 板上，它的法线严格地与丝杆平行。倾角可分别用镜背

后面的三颗滚花螺丝13来调节，各螺丝的调节范围是有 图21-2 限度的，如果螺丝向后顶得过松在移动时，可能因震动而使镜面有倾角变化，如果螺丝向前顶得太紧，致使条纹不规则，甚至可能将螺丝丝口打滑或平面镜破损。

8

（４）定镜部分

定镜M1与M2是相同的一块平面镜，固定在导轨框架右侧的支架上。通过调节水平拉簧螺钉15使M1在水平方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹在水平方向微动；通过调节其上的垂直拉簧螺钉16使M1在垂直方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹上下微动；与三颗滚花螺丝13相比，15、16改变M1的镜面方位小得多。定镜部分还包括分光板N1和补偿板N2。

（５）读数系统和传动部分

〈１〉移动镜11（M2）的移动距离毫米数可在机体侧面的毫米刻尺5上直接读得。

〈２〉粗调手轮2旋转一周，拖板移动1mm,即M2移动1mm，同时，读数窗口3内的鼓轮也转动一周，鼓轮的一圈被等分为100格，每格为0.01mm，读数由窗口上的基准线指示。

〈３〉微调手轮1每转过一周，拖板移动0.01mm，可从读数窗口3中可看到读数鼓轮移动一格，而微调鼓轮的周线被等分为100格，则每格表示为0.0001mm。所以，最后读数应为上述三者之和，可估读到0.00001mm。

2.迈克尔逊干涉仪的光路图及其分析

（1）如图21-3所示，M1与M2是两片精细磨光平面反射镜，其中M1是固定的，M2用旋钮控制，可作微小移动，N1和N2是两块厚度和折射率相同且彼此准确平行的玻璃片。在N1的一个表面上镀有半透明的薄银片（图21-3中用粗黑线表示），使照射在N1上的光线，一半反射，一半透射,故称为分光板。N1、N2相互平行且与M1、M2倾斜成45度角

。

（2）光源S发出的光线，射入N1，一部分经薄银层反射向M2传播，如图21-3的光线1，经M2反射后，再穿过N1向Y处传播，如图中光线Ⅰ，另一部分穿过薄银层，如图21-3的光线2，经N2后射到M1反射回来再穿过N2，经薄