用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率

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量玻璃的折射率

班级：电信06-1

姓名：林清伟学号：21

指导教师：方运良

茂名学院技术物理系大学物理实验室

实验日期：2007年11月29 日

《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片折射率》实验提要

实验课题及任务

《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片厚度》实验课题任务是：根据玻璃的折射率比空气大，当玻璃片加到一个光路中时，必产生一光程差l ∆，这个光程差会造成中央条纹会发生位移的现象，根据这一特定的光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定玻璃的折射率。

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玻璃片的折射率》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，按撰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 测量5组数据，测量玻璃的折射率n 。 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。

有关提示

若用白光作光源，在一般情况下，不出现干涉条纹。进一步分析还可看出，在2M 、1'M 两面相交时，交线上0=d ，但是由于1、2两束光在半反射膜面上的反射情况不同，引起不同的附加光程差，故各种波长的光在交线附近可能有不同的光程差。因此，用白光作光源时，在2M 、1'M ，两面的交线附近的中央条纹可能是白色明条纹，也可能是暗条纹。在它的两旁还大致对称的有几条彩色的

直线条纹，稍远就看不到干涉条纹了。

调出白光干涉条纹，此时1M 镜位置读数为1z 将待测玻璃片插入有1M 镜的臂中，再次调出白光干涉条纹，这时1M 镜位置读数为2z ，

评分参考(10分)

⑴ 正确写出实验原理和计算公式，2分。 ⑵ 正确的写出测量方法，1分。 ⑶ 写出实验内容及步骤，1分。

⑷ 正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。 ⑸ 正确的测量数据，1.5分。

⑹ 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；整体结构，1分)

学时分配

实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告1学时。

用迈克尔逊干涉仪测量玻璃的折射率

实验目的

1.了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构及调整方法。

2.测量的折射率。

实验仪器

迈克尔逊干涉仪、HNL—55700多束光纤激光器、玻璃片、白炽灯,钠灯，千分尺。

实验原理

Ⅰ仪器结构介绍

1.导轨；

2.底座；

3.水平调节螺灯；

4.传动盒盖；

5.转动手轮；

6.读数窗口；

7.微调手轮；8.刻度轮；9.移动镜拖板；10.盘头螺灯；11.12.镜架；13.分光镜；

14.补偿镜；15.16.反射镜；17.18.微调弹簧。

精磨的导轨（1）固定在底座（2）上，底座上有三个调节水平的螺钉（3），用以调节仪器的水平。在导轨内部装有一根螺距为1毫米的精密丝杆。丝杆与传动盒盖（4）内的齿轮系统相连，转动大手轮即可动作齿轮系统带动丝杆，由丝杆传动移动镜拖板前后移动。仪器有三个读数尺，主尺附在导轨侧面，最小分度为1毫米，读数窗口（6）内有一个一百等分微调手轮（7）转动一圈等于圆盘转一小格，微调手轮有一个刻度轮（8）分为100等份，每一小格对应于拖板移动0.1微米。

Ⅱ利用定域等厚干涉条纹法测量平行玻片折射率

用迈克尔逊干涉仪测平行玻片折射率的实验装置如图1所示.

图1

其中反射镜1M 和2M 半反射镜1G 、补偿板2G 构成干涉仪的主体，'2M 是通

2M 过1M 所成的像。不放玻片时，用白光调出干涉直条纹，彩色条纹中央的白色

或灰色条纹对应于1M 和'2M 重合的位置。设此时1M 离开观察透镜的距离为1Z ，加上厚度为t 、折射率为n 的玻片后，再用白光调出彩色干涉条纹。设条纹在视场中央并且两侧条纹分布对称时，对应的距离为2Z 。显然1Z 与2Z 的差应等于由玻片引入的光程与空气的光程之差。

即: 21(1)z z n t -=- （1） 由此可得: 2111Z Z d

n t t

-=

+=+ （2）

其中，21d z z =-是1M 在两次观测中移动的距离，可从实验中测得。玻片的厚度t 已知，可由式（2）得出玻片的折射率n.

用白光为光源在迈克尔逊干涉仪上调出干涉条纹是本实验的关键。常用的调节方

法是：使1M 和'2M 稍有夹角，用单色面光源调出近似直线状条纹。然后调节1M ，

直至干涉条纹出现曲率相反的情况，在其分界处，即可调出白光干涉条纹，如图2所示。然后加入玻片移动1M 镜距离后，调出白光干涉条纹，但此时条纹并不呈 直线状而是有一定的弯曲，这是由于采用的是面光源，所以光线是以不同的入射角射向反射镜及玻璃片，而加入玻片前后光程差的变化由两部分组成玻片引起的光程差变化L ∆和反射镜移动引起的光程差变化'L ∆。 其光路图3。

a b c

图2 反射镜不同位置对应的等厚和非等倾非等厚干涉条纹

图3 加入玻片前后光程差的变化

可看到白光干涉条纹的条件是：'()22cos L L tn i k λ∆-∆== (3)

值得说明的是，当人眼上下移动时，观察到的条纹出现及消失时刻不同，也就是1M 镜到分光板M 间的距离不一致，所以为避免此种情况带来的误差，在观