物理探究性实验报告

北京航空航天大学

B E I H A N G U N I V E R S I T Y

物理探究性实验报告——光的干涉实验（分振幅法）

第一作者：

第二作者：

二〇一三年十二月五日

目录

摘要 (1)

实验原理 (3)

实验仪器 (10)

实验步骤 (10)

数据记录与处理........................... 错误!未定义书签。实验原始数据 ........................... 错误!未定义书签。

迈克尔逊干涉.......................... 错误!未定义书签。

牛顿环干涉............................ 错误!未定义书签。实验数据处理 ........................... 错误!未定义书签。

迈克尔逊干涉.......................... 错误!未定义书签。

牛顿环干涉 ........................... 错误!未定义书签。实验收获与感想 . (13)

实验改进方法及建议 (15)

实验建议.............................. 错误!未定义书签。

实验改进方案——调整 (18)

参考文献 (20)

摘要

当一束光投射到两种透明媒质的分界面上，光能一部分反射，另一部分折射。这方法叫做分振幅法。这些反射光波在空间相遇而形成的干涉现象。由于上下表面的反射光来自同一入射光的两部分，只是经历不同的路径而有恒定的相位差，因此它们是相干光。在此研究性报告中，我们将介绍迈克尔逊干涉和牛顿环干涉实验的实验原理和步骤，进行数据处理与不确定度计算，以及误差来源的定量分析，并给出改进方案。

关键字

光的干涉分振幅法迈克尔逊干涉牛顿环干涉

Abstract

When a beam of light onto the interface between two transparent media, light reflection of one part, another part of refraction. This method is called the division of amplitude. These wave interference phenomenon meet in the space and the formation of. The two part of the upper and lower surface of the light reflected from the same incident light, phase only through different paths and constant difference, therefore they are coherent light. In this report, we introduce Michelson and Newton ring

interference experiment principle and step interference experiment, data processing and calculation of uncertainty, and the quantitative analysis of the sources of error, and gives the improved scheme.

Key words

interference of light Division of amplitude

Michelson interferometer Newton ring interference

实验原理

1.1迈克尔逊干涉仪的光路

迈克尔逊干涉仪的

光路如左图所示，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

如右图所示，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

()2

2222R L R d L L +-++=∆

d L >>时，展开上式并略去22/L d ，则有

ϕcos 2/222d d L Ld L =+=∆