光的干涉实验报告数据(共9篇)

光的干涉实验报告数据(共9篇) 光的干涉实验报告数据(共9篇) 光的等厚干涉 实验报告 大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院(系) 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓名 童凌炜 学号 200767025实验台号 实验时间 2008 年 11 月 04 日，第11周，星期 二 第5-6 节 实验名称光的等厚干涉 教师评语 实验目的与要求: 1. 观察牛顿环现象及其特点， 加深对等厚干涉现象的认识和理解。 2. 学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度。 3. 掌握读数显微镜的使用方法。 实验原理和内容: 1. 牛顿环 牛顿环器件由一块曲率半径很大的平凸透镜叠放在一块光学平板玻璃上构成， 结构如图所示。 当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时， 由于平凸透镜和玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增的空气膜， 经空气膜和玻璃之间的上下界面反射的两束光存在光程差， 它们在平凸透镜的凸面(底面)相遇后将发生干涉， 干涉图样是以接触点为中心的一组明暗相间、内疏外密的同心圆， 称为牛顿环(如图所示。 由牛顿最早发现)。 由于同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等， 故称为等厚干涉。 牛顿环实验装置 的光路图如下图所示: 设射入单色光的波长为λ， 在距接触点rk处将产生第k级牛顿环， 此处对应的空气膜厚度为dk， 则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为 ?k?2ndk? ? 2 式中， n为空气的折射率(一般取1)， λ/2是光从光疏介质(空气)射到光密介质(玻璃)的交界面上反射时产生的半波损失。 根据干涉条件， 当光程差为波长的整数倍时干涉相长， 反之为半波长奇数倍时干涉相消， 故薄膜上下界面上的两束反射光的光程差存在两种情况: ?k?2dk? ? 2 2k? 2 (2k?1) ? 2 K=1,2,3,„., 明环 K=0,1,2,„., 暗环 由上页图可得干涉环半径rk， 膜的厚度dk 与平凸透镜的曲率半径R之间的关系 22 R2?(R?dk)2?rk。 由于dk远小于R， 故可以将其平方项忽略而得到2Rdk?rk。 结合以上 的两种情况公式， 得到: rk?2Rdk?kR?， k?0,1,2...,暗环 由以上公式课件， rk与dk成二次幂的关系， 故牛顿环之间并不是等距的， 且为了避免背光因素干扰， 一般选取暗环作为观测对象。 而在实际中由于压力形变等原因， 凸透镜与平板玻璃的接触不是一个理想的点而是一个圆面; 另外镜面沾染回程会导致环中心成为一个光斑， 这些都致使干涉环的级数和半径无法准确测量。 而使用差值法消去附加的光程差， 用测量暗环的直径来代替半径， 都可以减少以上类型的误差出现。 由上可得: 2 D2m?D2n R? 4(m?n)? 式中， Dm、Dn分别是第m级与第n级的暗环直径， 由上式即可计算出曲率半径R。 由于式中使用环数差m-n代替了级数k， 避免了圆环中心及暗环级数无法确定的问题。 凸透镜的曲率半径也可以由作图法得出。 测得多组不同的Dm和m， 根据公式D 2m ?4R?m， 可知只要作图求出斜率4R?， 代入已知的单色光波长， 即可求出凸透镜的曲率半径R。 2. 劈尖 将两块光学平玻璃叠合在一起， 并在其另一端插入待测的薄片或细丝(尽可能使其与玻璃的搭接线平行)， 则在两块玻璃之间形成以空气劈尖， 如下图所示: 当单色光垂直射入时， 在空气薄膜上下两界面反射的两束光发生干涉; 由于空气劈尖厚度相等之处是平行于两玻璃交线的平行直线， 因此干涉条纹是一组明暗相间的等距平行条纹， 属于等厚干涉。 干涉条件如下: ?k?2dk? 可知， 第k级暗条纹对应的空气劈尖厚度为 ? 2 ?(2k?1) ? 2 k=0, 1, 2,„ dk?k ? 2 由干涉条件可知， 当k=0时d0=0， 对应玻璃板的搭接处， 为零级暗条纹。 若在待测薄物体出出现的是第N级暗条纹， 可知待测薄片的厚度(或细丝的直径)为 d?N ? 2 实际操作中由于N值较大且干涉条纹细密， 不利于N值的准确测量。 可先测出n条干涉条纹的距离l， 在测得劈尖交线到薄片处的距离为L， 则干涉条纹的总数为: N? 代入厚度计算式， 可得厚度/直径为: nL l d? ?n 2l L 主要仪器设备: 读数显微镜， 纳光灯， 牛顿环器件， 劈尖器件。 步骤与操作方法: 1. 牛顿环直径的测量 (1) 准备工作: 点亮并预热纳光灯; 调整光路， 使纳光灯 均匀照射到读数显微镜的反光 镜上， 并调节反光镜片使得光束垂直射入牛顿环器件。 恰当调整牛顿环器件， 直至肉眼课件细小的正常完整的牛顿环干涉条纹后， 把牛顿环器件放至显微镜的中央并对 准。 完成显微镜的调焦， 使牛顿环的中央与十字交叉的中心对准后， 固定牛顿环器件。 (2) 测量牛顿环的直径: 从第6级开始逐级测量到第15级暗环的直径， 使用单项测量法。 转动测微鼓轮， 从零环处开始向左计数， 到第15级暗环时， 继续向左跨过直至第18级暗环后反向转动鼓轮(目的是消除空程误差)， 使十字线返回到与第15级暗环外侧相切时，开始读数; 继续转动鼓轮， 均以左侧相切的方式， 读取第14，13，12.„„7，6级暗环的读数并记录。 继续转动鼓轮， 使十字叉线向右跨过圆环中心， 使竖直叉丝依次与第6级到第15级的暗环的右内侧相切， 顺次记录读数。 同一级暗环的左右位置两次读数之差为暗环的直径。 2. 用劈尖测量薄片的厚度(或细丝直径) (1) 将牛顿环器件换成劈尖器件， 重新进行方位与角度调整， 直至可见清晰的平行干涉条 纹， 且条纹与搭接线平行; 干涉条纹与竖直叉丝平行。 (2) 在劈尖中部条纹清晰处， 测出每隔10条暗纹的距离l， 测量5次。 (3) 测出两玻璃搭接线到薄片的有效距离L， 测量5次。 * 注意， 测量时， 为了避免螺距的空程误差， 读数显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只能单方向旋转， 中途不能反转。 数据记录与处理: 牛顿环第一次测量直径 第二次测量直径 劈尖干涉 短距离(l) 劈尖干涉 全距离(L) 篇二:光的等厚干涉 实验报告 大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院(系) 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓名 童凌炜 学号 200767025实验台号 实验时间 2008 年 11 月 04 日，第11周，星期 二 第5-6 节 实验名称光的等厚干涉 教师评语 实验目的与要求: 1. 观察牛顿环现象及其特点， 加深对等厚干涉现象的认识和理解。 2. 学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度。 3. 掌握读数显微镜的使用方法。 实验原理和内容: 1. 牛顿环 牛顿环器件由一块曲率半径很大的平凸透镜叠放在一块光学平 板玻璃上构成， 结构如图所示。 当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时， 由于平凸透镜和玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增的空气膜， 经空气膜和玻璃之间的上下界面反射的两束光存在光程差， 它们在平凸透镜的凸面(底面)相遇后将发生干涉， 干涉图样是以接触点为中心的一组明暗相间、内疏外密的同心圆， 称为牛顿环(如图所示。 由牛顿最早发现)。 由于同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等， 故称为等厚干涉。 牛顿环实验装置的光路图如下图所示: 设射入单色光的波长为λ， 在距接触点rk处将产生第k级牛顿环， 此处对应的空气膜厚度为dk， 则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为 ?k?2ndk? ? 2 式中， n为空气的折射率(一般取1)， λ/2是光从光疏介质(空气)射到光密介质(玻璃)的交界面上反射时产生的半波损失。 根据干涉条件， 当光程差为波长的整数倍时干涉相长， 反之为半波长奇数倍时干涉相消， 故薄膜上下界面上的两束反射光的光程差存在两种情况: ?k?2dk? ? 2 2k? 2 (2k?1) ? 2 K=1,2,3,„., 明环 K=0,1,2,„., 暗环 由上页图可得干涉环半径rk， 膜的厚度dk 与平凸透镜的曲率半径R之间的关系 22 R2?(R?dk)2?rk。 由于dk远小于R， 故可以将其平方项忽略而得到2Rdk?rk。 结合以上 的两种情况公式， 得到: rk?2Rdk?kR?， k?0,1,2...,暗环 由以上公式课件， rk与dk成二次幂的关系， 故牛顿环之间并不是等距的， 且为了避免背光因素干扰， 一般选取暗环作为观测对象。 而在实际中由于压力形变等原因， 凸透镜与平板玻璃的接触不是一个理想的点而是一个圆面; 另外镜面沾染回程会导致环中心成为一个光斑， 这些都致使干涉环的级数和半径无法准确测量。 而使用差值法消去附加的光程差， 用测量暗环的直径来代替半径， 都可以减少以上类型的误差出现。 由上可得: 2 D2m?D2n R? 4(m?n)? 式中， Dm、Dn分别是第m级与第n级的暗环直径， 由上式即可计算出曲率半径R。 由于式中使用环数差m-n代替了级数k， 避免了圆环中心及暗环级数无法确定的问题。 凸透镜的曲率半径也可以由作图法得出。 测得多组不同的Dm和m， 根据公式D 2m ?4R?m， 可知只要作图求出斜率4R?， 代入已知的单色光波长， 即可求出凸透镜的曲率半径R。 2. 劈尖 将两块光学平玻璃叠合在一起， 并在其另一端插入待测的薄片或细丝(尽可能使其与玻璃的搭接线平行)， 则在两块玻璃之间形成以空气劈尖， 如下图所示: 当单色光垂直射入时， 在空气薄膜上下两界面反射的两束光发生干涉; 由于空气劈尖厚度相等之处是平行于两玻璃交线的平行直线， 因此干涉条纹是一组明暗相间的等距平行条纹， 属于等厚干涉。 干涉条件如下: ?k?2dk? 可知， 第k级暗条纹对应的空气劈尖厚度为 ? 2 ?(2k?1) ? 2 k=0, 1, 2,„ dk?k ? 2 由干涉条件可知， 当k=0时d0=0， 对应玻璃板的搭接处， 为零级暗条纹。 若在待测薄物体出出现的是第N级暗条纹， 可知待测薄片的厚度(或细丝的直径)为 d?N ? 2 实际操作中由于N值较大且干涉条纹细密， 不利于N值的准确测量。 可先测出n条干涉条纹的距离l， 在测得劈尖交线到薄片处的距离为L， 则干涉条纹的总数为: N? 代入厚度计算式， 可得厚度/直径为: nL l d? ?n 2l L 主要仪器设备: 读数显微镜， 纳光灯， 牛顿环器件， 劈尖器件。 步骤与操作方法: 1. 牛顿环直径的测量 (1) 准备工作: 点亮并预热纳光灯; 调整光路， 使纳光灯均匀照射到读数显微镜的反光 镜上， 并调节反光镜片使得光束垂直射入牛顿环器件。 恰当调整牛顿环器件， 直至肉眼课件细小的正常完整的牛顿环干涉条纹后， 把牛顿环器件放至显微镜的中央并对 准。 完成显微镜的调焦， 使牛顿环的中央与十字交叉的中心对准后， 固定牛顿环器件。 (2) 测量牛顿环的直径: 从第6级开始逐级测量到第15级暗环的直径， 使用单项测量法。 转动测微鼓轮， 从零环处开始向左计数， 到第15级暗环时， 继续向左跨过直至第18级暗环后反向转动鼓轮(目的是消除空程误差)， 使十字线返回到与第15级暗环外侧相切时，开始读数; 继续转动鼓轮， 均以左侧相切的方式， 读取第14，13，12.„„7，6级暗环的读数并记录。 继续转动鼓轮， 使十字叉线向右跨过圆环中心， 使竖直叉丝 依次与第6级到第15级的暗环的右内侧相切， 顺次记录读数。 同一级暗环的左右位置两次读数之差为暗环的直径。 2. 用劈尖测量薄片的厚度(或细丝直径) (1) 将牛顿环器件换成劈尖器件， 重新进行方位与角度调整， 直至可见清晰的平行干涉条 纹， 且条纹与搭接线平行; 干涉条纹与竖直叉丝平行。 (2) 在劈尖中部条纹清晰处， 测出每隔10条暗纹的距离l， 测量5次。 (3) 测出两玻璃搭接线到薄片的有效距离L， 测量5次。 * 注意， 测量时， 为了避免螺距的空程误差， 读数显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只能单方向旋转， 中途不能反转。 数据记录与处理: 牛顿环第一次测量直径 第二次测量直径 劈尖干涉 短距离(l) 劈尖干涉 全距离(L) 篇三:光的干涉和应用实验报告 教案 光的等厚干涉与应用 一 目的 1、 观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理 2、 学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径 3、 掌握读数显微镜的使用方法 4、 掌握逐差法处理数据的方法 二 仪器 读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置 三 原理 牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃间形成空气薄层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离r，凸透镜曲率半径R的关系为: (a) (b) 图20—1 根据干涉相消条件易得第K级暗纹的半径与波长λ及牛顿环装置中平凸透镜的凸面曲率半径R存在下述关系: 根据 与K成正比的性质采取逐差法处理实验数据 四 教学内容和步骤 1、 牛顿环装置的调整，相应的提出问题，怎样将干涉图样调到装置的中心, 2、 显微镜的调节，焦距怎么调,叉丝怎样调节,干涉图样不清晰怎么办,反光镜怎么用,刻度尺怎么读, 3、 读数方法，要防止螺距差。读完一组之后要把牛顿环转90度再重新读一组。 4、 用逐差法处理数据，忽略仪器误差。 五 注意事项 1、 仪器轻拿轻放，避免碰撞。 2、 镜头不可用手触摸，有灰尘时用擦镜纸轻轻拂去不能用力擦 拭。 调焦及调鼓轮时不可超出可调范围。为防止产生螺距误差，测量过程中鼓轮只能往一个方向转动，不许中途回倒鼓轮。 六 主要考核内容 1、 预习报告内容是否完整，原理图、公式、表格等是否无误。 2、 看是否将干涉图样调出来，数据是否有误等。 七 参考数据 篇四:光的等厚干涉,实验报告参考v1 佛山科学技术学院 实验报告 课程名称大学物理实验 实验项目 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 成 绩 日 期 200 年 月日 实验报告内容:一实验目的二实验仪器(仪器名称、型号、参数、编号) 三实验原理(原理文字叙述和公式、原理图) 四.实验步骤 五、实验数据和数据处理 六.实验结果 七.分析讨论(实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等) 八.思考题 表1 1.用逐差法处理数据，计算透镜的曲率半径R 2.用作图法处理数据，计算透镜的曲率半径R 图2 牛顿环的D-m或n图像 (上图必须用坐标纸手绘作图) 斜率a? YA?YBX A 2 ?XB = XXX?XXXXXX?XXX = XXX?mm 2 ?， 曲率半径R== = (mm) 六.实验结果 七.分析讨论(实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现 象的分析、问题的讨论等) 八.思考题 从牛顿环装置的下方透射上来的光，能否形成干涉条纹,如果 能的话，它和反射光形成的干涉条纹有何不同, 篇五:光的等厚干涉牛顿环实验报告 光的等厚干涉牛顿环实验报告 [实验目的] 1(观察光的等厚干涉现象，熟悉光的等厚干涉的特点。 2(用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径。 3(用劈尖干涉法测定细丝直径或微小厚度。 [实验仪器] 牛顿环仪，移测显微镜、钠灯、劈尖等。 [实验内容] 1(用牛顿环测量平凸透镜表面的曲率半径 (1)按图11-2安放实验仪器 (2)调节牛顿环仪边框上三个螺旋，使在牛顿环仪中心出现一组同心干涉环。将牛顿环仪放在显微镜的平台上，调节45?玻璃板，以便获得最大的照度。 (3)调节读数显微镜调焦手轮，直至在显微镜内能看到清晰的干涉条纹的像。适当移动牛顿环位置，使干涉条纹的中央暗区在显微镜叉丝的正下方，观察干涉条纹是否在显微镜的读数范围内，以便测量。 (4)转动测微鼓轮，先使镜筒由牛顿环中心向左移动，顺序数到第24暗环，再反向至第22暗环并使竖直叉丝对准暗环中间，开始记录。在整个测量过程中，鼓轮只能沿同一个方向依次测完全部数据。将数据填入表中，显然，某环左右位置读数之差即为该环的直径。用逐差法求出R，并计算误差。 2(用劈尖干涉法则细丝直径(选做内容) (1)将被测细丝夹在两块平板玻璃的一端，另一端直接接触，形成劈尖，然后置于读数显微镜载物台上。 (2)调节叉丝方位和劈尖放置方位，使镜筒移动方向与干涉条 纹相垂直，以便准确测出条纹间距。 (3)用读数显微镜测出20条暗条纹间的垂直距离l，再测出棱边到细丝所在处的总长度L，求出细丝直径d。 (4)重复步骤3，各测三次，将数据填入自拟表格中。求其平均值 。 [实验记录表格] =====903.711mm 篇六:迈克尔逊干涉实验报告 迈克尔逊干涉实验 摘要:迈克尔逊干涉仪是一个经典迈克尔逊和莫雷 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 制造出来的精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，认识电光源非定域干涉条纹的形成与特点，部分从并利用干涉条纹的变化测定光源的波长。 实验原理: (1)迈克尔逊干涉仪的光路 迈克尔逊干涉仪的光路图如图(一)所示。从光源S发出的一束光摄在分束板G1上，将光束分为两部分:一部分从G1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M2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，其材料厚度与G1完全相同，以补偿两束光的光程差，称为补偿板。在光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像，两束相干光相当于从M1’和M2反射而来，迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹如同M2和 M1’之间的空气膜所产生的干涉条纹一样。 (2)单色电光源的非定域干涉条纹 M2平行M1’且相距为d，S发出的光对M2来说，如S’光，而对于E处的观察者来说，S’如位于S2’膜G的作用，M1如同处于S1’的位置，所以E纹，犹如S1’、S2’放在E空间不同位置，都可以看到干涉花纹，因此 这一干涉为非定域干涉。 如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’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E处 (ES2’=L)的观察屏上，离中心E点远处某一点P，EP的距离为R，则两束光的光程差为 ?L?(L?2d)2?R2?L2?R2 Ld时，展开上式并略去d2/L2，则有 ?L?2Ld/L2?R2?2dcos? 式中φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为 2dcosφ=kλ (k=0,1,2,„) ? 由此式可知，当k、φ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， 该圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩;如果d逐渐增大，同理看到的现象是干涉条纹外扩。对于中央条纹，若内缩或外扩N次，则光程差变化为2Δd=Nλ.式中，Δd为d的变化量，所以有 λ=2Δd/N? 通过此式则能有变化的条纹数目求出光源的波长。 实验仪器: 迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、小孔、扩束镜、毛玻璃。 实验步骤: (1) 迈克尔逊干涉仪的调整 ? 调节激光器，使激光束水平地射到M1、M2反射镜中部并垂直于仪器导轨。 首先将M1、M2背面的三个螺钉及两个微调拉簧均拧成半松，然后上下移动、左右旋转激光器俯仰，使激光器入射到M1、M2反射镜中心，并使M1、M2放射回来的光点回到激光束输出镜面中心。 ? 调节M1、M2互相垂直 在光源前放置一小孔，让激光束通过小孔入射到M1、M2上，根据放射光点的位置对激光束做进一步细调，在此基础上调整M1、M2背面的三个方位螺钉，使两镜的反射光斑均与小孔重合，这时M1于M2基本垂直。 (2) 点光源非定域干涉条纹的观察和测量 ? 将激光器用扩束镜扩束，以获得点光源，这时毛玻璃观察屏上应出现条纹。 ? 调节M1镜下方微调拉簧，使之产生圆环非 定域干涉条纹，这时M1与M2的垂直程度进一步提高。 ? 将另外一块毛玻璃放到扩束镜与干涉仪之间以获得面光源。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，直至眼睛上下左右晃动时，各干涉环大小不变，即干涉环中心没有被吞吐，只是圆环整体随眼睛一起平动。此时得到面光源定域等倾干涉条纹，说明M1与M2严格垂直。 ? 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，利用公式λ=2Δd/N测出激光的波长。要求圆环中心每吞吐1000个条纹，即明暗变化100次记下一个d值，连续测量10个d值。 数据记录与处理: 实验原始数据 实验数据处理 由Δd=λN/2,可得 15dn?i?di15?4b???(d?d)?3.18503?10mm ?n?ii 5i?1Nn?i?Ni5??Ni?1 ??2b?637.01mm ua(?y)? ?(?y i?1 5 i ?y) ?3.8085?10?4mm 5?4 ub(?y)? ?3 ?2.8868?10?5mm u(?y)? ua(?y)2?ub(?y)2 1?0.57735 2 2 ?3.8194?10?4mm u(N)?ub(N)? ?u(?y)??u(N)? u(?)?2????4nm ????N???y? ??u(?)?(637?4)nm 误差分析: ? 实验中空程没能完全消除; ? 实验对每一百条条纹的开始计数点和计数结束点的判定存在误差; ? 实验中读数时存在随机误差; ? 实验器材受环境中的振动等因素的干扰产生偏差。 感想: 迈克尔逊和?莫雷以迈克尔逊干涉仪为基础共同进行了著名的 迈克耳逊,莫雷实验，这个试验排除了以太的存在，为狭义相对论的诞生提供了基础，同时迈克尔逊也因此获得1907年的诺贝尔奖，足可见迈克尔逊干涉仪的重要性。时至今日，迈克尔逊干涉仪作为紧密测量仪器的始祖，其地位不但没有降低，而是在科学界和生活中继续发挥着重要的作用。在传统精密测量方面，迈克尔逊干涉仪可以用来进行微小位移量和微振动的测量，进行压电材料的逆压电效应研究，实现纳米量级位移的测量、薄透明体的厚度及折射率的同时测量、气体浓度的测量和引力波探测，组装后也能测量微小的角度。随着光纤技术的产生，随即又产生了光纤迈克尔逊干涉仪，光纤迈克尔逊干涉仪可用来进行混凝土内部应变的测量、地震波加速度的测量和温度的测量，应用范围扩展到民用。同时，迈克尔逊干涉仪作为傅里叶红外吸收光谱仪、干涉成象光谱技术、光学相干层析成像系统及微型集成迈克尔逊干涉仪的核心仪器，其作用更是不可忽略。一个迈克尔逊实验，不但让我领悟到迈克尔逊设计干涉仪的巧妙和智慧，也更让我知道了做实验要有耐心和恒心，哪怕实验再麻烦，也必须坚持不懈，注重细节，这样才能真正地把实验做好～ 参考文献: [1]李朝荣，徐平，唐芳，王慕冰.基础物理实验(修订版)[M].北京:北京航空航天大学出版社，2010:197—205. [2]吴百诗主编.大学物理学 下册[M].北京:高等教育出版社，2004:221—226. 篇七:光的等厚干涉牛顿环实验报告 光的等厚干涉牛顿环实验报告 [实验目的] 1(观察光的等厚干涉现象，熟悉光的等厚干涉的特点。 2(用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径。 3(用劈尖干涉法测定细丝直径或微小厚度。 [实验仪器] 牛顿环仪，移测显微镜、钠灯、劈尖等。 [实验内容] 1(用牛顿环测量平凸透镜表面的曲率半径 (1)按图11-2安放实验仪器 (2)调节牛顿环仪边框上三个螺旋，使在牛顿环仪中心出现一组同心干涉环。将牛顿环仪放在显微镜的平台上，调节45?玻璃板，以便获得最大的照度。 (3)调节读数显微镜调焦手轮，直至在显微镜内能看到清晰的干涉条纹的像。适当移动牛顿环位置，使干涉条纹的中央暗区在显微镜叉丝的正下方，观察干涉条纹是否在显微镜的读数范围内，以便测量。 (4)转动测微鼓轮，先使镜筒由牛顿环中心向左移动，顺序数到第24暗环，再反向至第22暗环并使竖直叉丝对准暗环中间，开始记录。在整个测量过程中，鼓轮只能沿同一个方向依次测完全部数据。将数据填入表中，显然，某环左右位置读数之差即为 该环的直径。用逐差法求出R，并计算误差。 2(用劈尖干涉法则细丝直径(选做内容) (1)将被测细丝夹在两块平板玻璃的一端，另一端直接接触，形成劈尖，然 篇八:迈克尔逊干涉实验报告 迈克尔逊干涉实验 【实验目的】 ?了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理，学习使用迈克尔逊干涉仪产生干涉的方法。 ?观察非定域等倾干涉条纹与定域等厚干涉条纹，巩固和加深对干涉理论的理解。 ?测量 He—Ne 激光波长λ，并用逐差法处理数据。 ?侧量钠光的相干长度 L (选做)。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪、 He—Ne、激光器、扩束镜、光栏(选做:钠光灯、白光光源、毛玻璃)等。(迈克尔逊干涉仪的结构与光路介绍见附页。) 1.结构 迈克尔逊干涉仪的结构如图 7—20 所示，M1 ( 6)和M2(7)是两个精磨的平面反射镜。峡固定在座上(背面的 3 个螺丝和在它下面的 2 个互相垂直的螺丝可用来精确地调节从镜的倾斜度。镜可沿导轨移动，它由一套精密齿轮来调节。M1卡在螺距为1mm的丝杆上，丝杆由一个100分格的粗调手轮带动，因此，手轮每 转一格，M1前进或后退1/100 mm(这是粗调部分);粗调手轮右侧有一个微调小鼓轮，微调小鼓轮也是100分格的，微调小鼓轮每转l圈(粗调手轮前进l格，M1前进或后退1/10 000mm(这是微调部分)，这样，最小读数可 -5估读到10mm 。G1(10),G2(9)是两块折射率和厚度都相同的平面玻璃板，在仪器上平行放置，与M1和M2约成45度角，分别称为分光板和补偿板。G1的一面镀有银或铝(形成半反射面。 2光路 其光路如图7—21所示，从光源S来的光在G1的半反射面H上被分成反射光束1和透射光束l，两束光的强度近似相等。光束l射向平面镜M1反射折回通过G1;光束2通过G2:射至G1，的半反射面 H 处再次反射。最后这两束相干光在空间相遇产生干涉。用屏E和通过望远镜等可以观察到它们的干涉条纹。补偿板G2是为了消除光束1和光束2的光程不对称而设置的。如果没有 G2从分光处起，光束1通过玻璃板1次，而光束1没有通过玻璃板;加上G2后，光束2也就通过玻璃板2次。因而，光束2在光程L得到补偿，从而避免了因光路不对称而产生的附加光程差。尤其是在用白光光源时，由于不同波长有不同的折射率，通过玻璃时也就有不同的光程，因此， G2的补偿作用是不可缺少。 【实验原理 】 1.观察非定域等倾干涉条纹和测He—Ne激光波长λ (1)非定域干涉。在图7—21中，M'2是在G1的半反射面H 中观察到的M2的虚像。这样，屏E上观察到的干涉现象，可等效为M'2，M1之间的空气膜层所产生的千涉。当用单色点光源S的光照射到空气薄膜时(根据光的反射和折射定律，(如图7—22所示)对于空间任意点P，总有从S出发的两支光到达而产生干涉。干涉的明暗取决于两光的光程差。由于P点是任意的，因而这种干涉称为非定域于涉。 (2)等倾千涉图样。在迈克尔逊干涉实验中，用凸透镜会聚激光束可产生一个很好的点光源。仔细调节仪器，使M'2||M1，如图7—24所示，点光源S发出的光经M2，M1反射后所产生的干涉，相当于沿轴向分布相距2d的两虚光源S2，S1所产生的干涉。因而S2，S1发出的光波在相遇的空间处相干。放置一块毛玻璃屏 E ，则可观察干涉现象。现计算屏E上A点为亮点时S1，S2的光程差和对应的条件。如图7—23所示，A点处S2，S1 的光程差为 当θ不太大时，上式可化为。 因M'2||M1是一个常数，故以人射角θ为圆锥母线的光束所形成的干涉条纹是一个圆环。在屏E上就有一组半径不等的同心圆环(对应于不同的θ) ，这就是非定域等倾干涉图样。因其光程差Δ只与人射角θ有关，而 A 点为亮点(或者说是亮环)所对应的条 件为 。 (3)等倾干涉条纹的性质 ?中央条纹的级次高，向边缘递减。由式( 7 . 14 ) 大，中心O点所对应的级次最高。 ( 7 . 15 )可知，θ= 0 时，Δ最大，中心O点所对应的级次最高。 这与牛顿环干涉恰好相反。对于(k，1)级亮条纹，应满足下式比较式( 7 . 15 )和式( 7 . 17 ) ，知 θκ,θk+1，即高级次( k 十 l )的干涉条纹在低级次 ( k )的干涉条纹的内侧。愈向边缘，级次愈小。 ?条纹移动。从式( 7 . 15 )可知，对于 k 级来说，当M2',M1之间的距离 d 增大， cosθ就会减小，θ就增大，也就是说，圆环半径 R 就要增大，条纹向低干涉级方向移动;同理，d减小，条纹向高干涉级方向移动。在中心O点，由式(7.16)可知，d 每变化λ,2 , 就有一个新的干涉条纹出现。若d不断增大，干涉条纹就从中心一个一个“冒出”;若d不断减小，则干涉条纹不断向中心“缩进”，最后变成一个点而消失。如果M'2，M1之间距离改变为Δd，中心O点条纹“冒出”或“缩进”的个数为 N，则 因此，若已知光源波长A和通过数N，可精确地测量长度Δd。如果侧量出Δd并数出条纹的移动数N，就可测徽出光源的波长λ。 ?条纹的间距。在倾角θ不很大时，可用角间距Δθ来代表对应的条纹间距，对于第k级条 纹， 减得对于第 k + 1 级条纹，有、 将两式相 因为Δd很小(所以 sinΔd?Δd， cosΔd?l 。 因而得到 此式中负号表示Δd随d增大而单调减小(对于条纹只讨论留的绝对值。由式(7 , 19 ) 可知(条纹间距随角间距留增大而减小，即命近干涉条纹中心的条纹的条纹间距宽，越向边缘，间距越小;叨随d增大而减小，即d由小到大变化时，条纹间距也就由硫到密，最后看不清楚条纹;而当d = O时，中心亮条纹充斥整个视场(也难分清条纹。所以，在实验时，d的大小应适当，不能太大，也不能等于O。 2.观察定域等厚干涉条纹和测量钠光的相干长度 L (1)定域干涉条纹。在图7—22中，如果光源是一个以S为中心的扩展光源，由于光源上每一点都产生自己的一组非定域条纹，并且各组条纹之间有位移(所以，P点附近条纹的可见度将要降低，甚至消失，干涉条纹不再是在任何位置上都能看到，而只能在某个定域面或其附近看到(也就是说，采用扩展光源后(干涉面是定域的。 (2)定域干涉的性质。 ?定域面的位置。由图7—24可知，对应于不同人射光的交点P1,P2，......所连成的面就是干涉定域面。当光源与摸形板的尖各在一方时，如图7—24(a)所示，定域面在板的上方;当光源与楔 形板的尖同侧时，如图7—24(b)所示，定域面在板的下方。从图7—24 。可看出，楔形板的楔角越小，定域面离板越远;当楔角为0时，干涉为平行板的等倾干涉， 定域面过渡到无限远。通常，楔角不宜太大，干涉面一般定域在楔形板(膜)的表面附近。 ?定域干涉条纹的观察。由子干涉面的位置通常是用眼睛、显微镜等来观察干涉条纹而确定的。在一般的干涉系统中，产生干涉的光程差可近似用 表示。当所用的是楔角很小的模型板时，若光源距板较远，或观察十涉条纹所用的仪器(眼、显微镜)的孔径很小(使整个视场内光线的人射角θ可视为常数，因而在P点的光程差θ只决定于反射处的厚度d，同一条干涉条纹是由板上厚度d相同的地方产生的，这种干涉条纹称为等厚干涉条纹。 (3)相干长度。由于实际单色光不可能是纯单色的，而有一定的波长范围Δλ，因此，如果是实际的单色光干涉，当两相干光的光程差增加时，那么在Δλ范围内与各波长相对应的干涉条纹就逐渐错开，总的干涉条纹的视见度就要降低(甚至为零。因此，对于光谱宽度为从的光源，能够产生干涉条纹的光程差有一最大值，称为相干长度。 关于相干长度有两种解释: ?用波列概念解释。由于原子发光可近似地看成发出一束束的有限长波列(当两束光的光程差大于波列长度时，它们不能相 遇(也就不产生干涉;只有光程差小于波列长度时才能产生干涉。因此(波列长度就是相干长度。 ? 用光谱宽度Δλ的影响解释。波长范围为人?Δλ/ 2(连续分布)的光相干涉时，其?Δλ/ 2范困内的光波各对应有一套干涉条纹。随着光程差的增加，λ和?Δλ/ 2两套干涉条纹逐渐错开(直到错开半个条纹，总的干涉条纹完全消失，这时 有 则对应的光程差也就是相干长度， 即 由此可见，光源的单色性越好，Δλ越小，相干长度就越长。 如果有2个不同波长、强度相当的单色光所组成的光束(它们的波长分别是λ1，λ2，而且相差极徽(如钠光的 589 . 6 nm 和 589 . 0nm 两波长)，这一复合光产生的千涉条纹的清晰度将随光程差的改变而周期性地变化，即Δmax,k1λ1=k2λ2(k1，k2为整数)时，条纹最清晰;而当时，λ1的亮纹与λ2的暗纹恰好重合,看不见条纹。 在实验中，为简单起见，我们只观察入射角θ=0的情况。这时光程差?,2d ，移动M2使间距d变化，观察条纹，其视见度也在不断变化。当d从d1变为d2时，恰好2次看不见条纹，这时2|d2-d1|就为光源的相于长度，用L表示，即 。 【实验内容和步骤】 1.仪器调节和非定域干涉条纹的观察 (1)水平调整 调节干涉仪底脚螺钉使其达到基本水平(打开激光器电源，调节其高度，使激光束大致与干涉仪同轴等高。 (2)近似等光程调整。调节粗调手轮，使拖板上标志对准主尺上约 35 mm处，此时 M 1 和M2从到分光镜 G 1的距离大致相等。 (3)读数系统的调整。先调整零点:将细调鼓轮沿某一方向旋转至 O ，使” O ”刻线与基准线对齐;然后以相同方向转动粗调手轮使之对齐某一刻度;此时的读数为干涉仪的 O 点读数。此后的调节，只能以相同方向转动细调鼓轮进行测量，否则将引人空程差。如需反转时则必须按反方向重新“调零”。 (4)调节激光器使激光束大致垂直于M2，在光源前放一小光栏(光源、光栏、干涉仪大致同轴等高)。使光束通过小孔射到M2上。调节M2后面的 3 个螺丝，使反射光束仍通过小孔(此时可看到两排亮点，调节M2时应使移动的一排亮点的最亮点与圆孔重合)。调节 M1镜后的3个螺丝(使 M1反射光束亦与圆孔重合。这时M1和M2基本垂直，即M1 , M2'大致平行。(5)在激光器与干涉仪之间放一个扩束镜，使扩束后的光照射在仪器的分光板上，这样，在屏 E 上很容易看到干涉条纹。一边观察条纹，一边仔细调节M2下的 2 个垂直螺丝，使θ=O的干涉条纹级位于屏上的视场中心。这时，在屏上就可看到一组同心圆环干涉条纹。至此，非定域等倾干涉调节完毕。(6)缓慢转动粗调手轮，改变 d ，从主尺上观察 M 1，所对应的刻线逐渐改变时条纹的变化， 如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与d的关系等。 2.测量He-Ne激光波长λ 采用非定域的干涉圆环测波长，当屏视场中心干涉圆环清晰、位置适中时，记录 M1镜的初始位置 d 1( dl ,标尺读数十粗调手轮读数，微调鼓轮读数);继续沿同方向转动微调鼓轮，同时注意数干涉圆环中心”“冒出”或“缩进”的个数，每隔50环时记下相应的di，的读数。共测量 550 个回环，共12个数据分为6组，用逐差法处理数据，计算 He- Ne 激光波长λ，填表7—9并进行不确定度处理。 篇九:迈克尔逊干涉实验报告 迈克尔逊干涉实验 39042122 吴淼 摘要:迈克尔逊干涉仪是一个经典迈克尔逊和莫雷设计制造出来的精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，认识电光源非定域干涉条纹的形成与特点，部分从并利用干涉条纹的变化测定光源的波长。 实验原理: (1)迈克尔逊干涉仪的光路 迈克尔逊干涉仪的光路图如图(一)所示。从光源S发出的一束光摄在分束板G1上，将光束分为两部分:一部分从G1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M2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，其材料厚度与G1完全相同，以补偿两束光的光程差，称为补偿板。在光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像，两束相干光相当于从M1’ 和M2反射而来，迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹如同M2和M1’之间的空气膜所产生的干涉条纹一样。 (2)单色电光源的非定域干涉条纹 M2平行M1’且相距为d，S发出的光对M2来说，如发出的光，而对于E处的观察者来说 ，S’如位于S2’一样。由于半反射膜G的作用，M1如同处于S1’的位置，所以处观察到的干涉条纹，犹如S1’、S2’空间处处相干，把观察屏放在E 到干涉花纹，因此 这一干涉为非定域干涉。 如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’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E处 (ES2’=L)的观察屏上，离中心E点远处某一点P，EP的距离为R，则两束光的光程差为 ?L?(L?2d)2?R2?L2?R2 Ld时，展开上式并略去d2/L2，则有 ?L?2Ld/L2?R2?2dcos? 式中φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为 2d φ=kλ (k=0,1,2,?)? 由此式可知，当k、φ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，该圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩;如果d逐渐增大，同理看到的现象是干涉条纹外扩。对于中央条纹，若内缩或外扩N次，则光程差变化为2Δd=Nλ.式中，Δd为d的变化量，所以有 λ=2Δd/N? 通过此式则能有变化的条纹数目求出光源的波长。 实验仪器: 迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、小孔、扩束镜、毛玻璃。 实验步骤: (1) 迈克尔逊干涉仪的调整 ? 调节激光器，使激光束水平地射到M1、M2反射镜中部并垂直于仪器导轨。 首先将M1、M2背面的三个螺钉及两个微调拉簧均拧成半松，然后上下移动、左右旋转激光器俯仰，使激光器入射到M1、M2反射镜中心，并使M1、M2放射回来的光点回到激光束输出镜面中心。 ? 调节M1、M2互相垂直 在光源前放置一小孔，让激光束通过小孔入射到M1、M2上，根据放射光点的位置对激光束做进一步细调，在此基础上调整 M1、M2背面的三个方位螺钉，使两镜的反射光斑均与小孔重合，这时M1于M2基本垂直。 (2) 点光源非定域干涉条纹的观察和测量 ? 将激光器用扩束镜扩束，以获得点光源，这时毛玻璃观察屏上应出现条纹。 ? 调节M1镜下方微调拉簧，使之产生圆环非定域干涉条纹，这时M1与M2的垂直程度进一步提高。 ? 将另外一块毛玻璃放到扩束镜与干涉仪之间以获得面光源。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，直至眼睛上下左右晃动时，各干涉环大小不变，即干涉环中心没有被吞吐， 只是圆环 整体随眼睛一起平动。此时得到面光源定域等倾干涉条纹，说明M1与M2严格垂直。 ? 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，利用公式λ=2Δd/N测出激光的波长。要求圆环中心每吞吐1000个条纹，即明暗变化100次记下一个d值，连续测量10个d值。 数据记录与处理: 实验原始数据 实验数据处理 由Δd=λN/2,可得 15dn?i?di15?4b???(d?d)?3.18044?10mm ?n?ii 5i?1Nn?i?Ni5??Ni?1 ??2b?639.09nm ua(?y)? ?(?y i?1 5 i ?y) ?2.3135?10?4mm 5?4 ub(?y)? ?3 ?2.8868?10?5mm u(?y)? ua(?y)2?ub(?y)2 1?0.57735 2 2 ?2.3315?10?4mm u(N)?ub(N)? ?u(?y)??u(N)? u(?)?2?????2.38nm ?? ??y??N? ??u(?)?(639?2)nm 查阅资料知实验所用氦氖激光器波长