迈克尔逊干涉仪实验报告数据处理(2)

篇一：迈克尔逊干涉仪实验报告迈克尔逊干涉仪的调整与应用1. 原始数据及处理1.1测量钠光灯波长（?Na?589.3nm）不确定度计算：?A?2.48?x?mm,?B?0.00004mm?U?d?mmU??U2U?d=4.4nm,Ur????100%=0.74%.?N?1.2双线的波长差：??Na?0.59nm2．思考题及分析：2.1、为什么白光干涉不易观察到？答：两光束能产生干涉现象除满足同频、同向、相位差恒定三个条件外，其光程差还必须小于其相干长度。而白光的相干长度只有微米量级，所以只能在零光程附近才能观察到白光干涉。2.2、为什么M1和M2没有严格垂直时，眼睛移动干涉条纹会吞吐？答：因为没有严格垂直时，会形成一个披肩状的光学腔。各处的光程差不相同，其干涉条纹的级数也会不同。所以眼睛移动时，干涉条纹会吞吐。2.3、讨论干涉条纹吐出或吞入时的光程差变化情况。答：吞入时，光程差变小。而吐出时，光程差则变大。2.4、为什么要加补偿板？答：因为分束板的加入，使其中一路光束比另一光束附加了一定的光程。所以加入与分束板厚度相同的补偿板来补偿这部分光程差。2.5、如何设计一个实验，利用迈克尔逊干涉仪测玻璃的折射率？答：以白光发生干涉现象时，确定零光程处。测定在光路中加入玻璃与否，白光产生干涉时M2镜移动的距离。再根据所加入玻璃的厚度，计算出玻璃的折射率。2.6、试根据迈克尔逊干涉仪的光路，说明各光学元件的作用，并简要叙述调出等倾干涉、等厚干涉和白光干涉条纹的条件及程序．答：分束板：将光束分为两路光束。补偿板：补偿因分束板产生的光程差。粗调螺丝：调节使其与M1镜大致垂直。细调拉丝：精密调节M2镜的方位，使使其与M1M2镜的方位，镜严格垂直。鼓轮：调节M2镜的位置，使光学腔的厚度改变。等倾干涉：光学腔应严格平行。等厚干涉：此时光学腔为披肩状。白光干涉：零光程处附近。2.7、如何利用干涉条纹“吞”、“吐”现象，测定单色光的波长?答：数一定量的“吞”或“吐”，再根据公式??2?d?N计算。2.8、在根据干涉条纹视见度周期变化的规律测定钠双线波长差的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 中，你是如何理解视见度的变化规律？答：因为双波长产生明暗条纹的位置有一定的差异，当双波长的明条纹正好重合时，此时的视见度最大。而当一波长的明条纹与另一波长的暗条纹重合，此时的视见度最小。所以视见度是周期变化的。2.9、试总结迈克尔逊尔涉仪的调整要点及规律．答：调整要点：1、粗调时，尽量使两像点重合在一起，为后面的细调节省时间。2、细调时，朝吞吐减少的方向调，需耐心及细心。3、鼓轮测量前须调零，且朝同一方向调节，以免产生空回误差。4、做白光干涉实验，调粗调鼓轮，使干涉条件不断地在吞，此时即为向零光程位置调节。2.10、在观测等倾干涉条纹，使M1与M2逐渐接近时，干涉条纹将越来越疏，试描述并说明在零光程处所观察到的现象．答：零光程处，两反射镜产生的光学腔重合。此时相当于一个反射镜，不会产生干涉条纹。观察到的现象应为一片明亮。篇二：“迈克尔逊干涉仪”实验报告“迈克尔逊干涉仪”实验报告【引言】迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊(A.A.Michelson)发明的。1887年迈克尔逊和莫雷(Morley)否定了“以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。迈克尔逊用镉红光波长作为干涉仪光源来测量 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 米尺的长度，建立了以光波长为基准的绝对长度标准，即1m=1553164．13个镉红线的波长。在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。【实验目的】（1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。（2）测量光波的波长和钠双线波长差。【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、钠光灯、扩束镜【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪结构原理图1是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。2.可动全反镜移动及读数可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为：××.□□△△△ (mm)（1）××在mm刻度尺上读出。（2）粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，□□由读数窗口内刻度盘读出。（3）微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即可动全反镜移动0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。△△△由微动手轮上刻度读出。注意螺距差的影响。3.He-Ne激光器激光波长测试原理及方法光程差为：??2dcos????2dcos???k?(明纹)???(2k?1)?2(暗纹)当θ=0时的光程差δ最大，即圆心所对应的干涉级别最高。转动手轮移动M1，当d增加时，相当于增大了和k相应的θ角（或圆锥角），可以看到圆环一个个从中心“冒出”；若d减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M1与M2’之间距离变化了半个波长。若将M1与M2’之间距离改变了△d时，观察到N个干涉环变化，则?d?N??2或??2?dN由此可测单色光的波长。4.钠双线波长差的测量原理和测量方法从条纹最清晰到条纹消失由于M1移动所附加的光程差：Lm?k?2?(k?12)?钠双线波长差:???22LmLm是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M1所移动的距离。【实验内容】1.测He-Ne激光的波长(1)激光直接照射到分光板中部，调整调节螺丝使观察屏上的最大最亮的2个反射点严格重合。(2)放入扩束镜,使光斑均匀地射到分光板上，调节拉簧螺丝，使屏上出现的圆环的圆心移动到观察屏中央。(3)调节微调鼓轮向一个方向转动几圈，当看到观察屏上有条纹吞吐了,记录M1的初试位置d1。(4)继续转动微调鼓轮，每吞吐50个条纹记录一次M1的位置,连续记录8组数据。2.测钠光的双线波长差(1)点亮钠光灯，使光源与分光板等高并且位于分光板和M2镜的中心连线的延长线上。转动粗调手轮，使M1和M2至G1的距离大致相等。(2)取下并轻轻放置好观察屏，直接用眼睛观察。仔细调节M2后面或下方的调节螺丝，应能看到钠光的等倾条纹。(3)转动粗调手轮，找到条纹变模糊位置，调好标尺零点。用微调手轮继续缓缓移动M1，同时仔细观察至条纹反衬度最低时记下M1的位置。随着光程差的不断变化，按顺序记录六次条纹反衬度最低时M1的位置读数。相邻两次读数差等于Lm的值。1.测He-Ne激光的波长??公＝6328A，E??公?公6563－6328?100％＝?100％?3.7％。63282.测钠光的双线波长差?5893A，??Lm1??Lm2??Lm30.868600.872290.92157-3-36m?=?10m=0.29580?10m=2.9580?10A??58932????A?5.87A。62m2?2.9580?102??0?5.97A，?E???－??0??0?100％＝5.87－5.975.97?100％?1.7％。1、迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。切勿用手触摸镜片。2、调测微尺零点方法：先将微调鼓轮沿某一方向（按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度，以后测量时使用微调鼓轮须向同一方向旋转。3、微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。4、用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。【预习思考题】（1）说明迈克尔逊干涉仪各光学元件的作用，并简要叙述调出等倾干涉条纹的方法及注意事项。答：在迈克尔逊干涉仪光路图中，分光板G1将光线分成反射与透射两束；补偿板G2使两束光通过玻璃板的光程相等；定镜M２和动镜M１分别反射透射光束和反射光束；凸透镜将激光汇聚扩束。/要获得等倾干涉条纹花样，就必须使M１和M2（M2的虚像）相互平行，即M１和M2相互垂直。另外还要有较强而均匀的入射光。调节的主要程序是：①用水准器调节迈氏仪水平；目测调节激光管（本实验室采用激光光源）中心轴线，凸透镜中心及分束镜中心三者的连线大致垂直于定镜M２。②开启激光电源，用纸片挡住M１，调节M２背面的三个螺钉，使反射光点中最亮的一点返/回发射孔；再用同样的方法，使M１反射的最亮光点返回发射孔，此时M１和M2 基本互相平行。③微调M２的互相垂直的两个拉簧，改变M２的取向，直到出现圆形干涉条纹，此时可以认/为M１与M２已经平行了。同方向旋动大、小鼓轮，就可以观察到非定域的等倾干涉环纹的“冒”或“缩”。注意事项：①迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。切勿用手触摸镜片。②调测微尺零点方法：先将微调鼓轮沿某一方向（按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度，以后测量时使用微调鼓轮须向同一方向旋转。③微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。④用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。（2）如何利用干涉条纹的“冒出”和“缩进”现象，测定单色光的波长？答：每“冒出”或“缩进”一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M与M’12之间距离变化了半个波长。若将M与M’之间距离改变了△d时，观察到N个干涉环变化，12则篇三：迈克尔逊干涉仪实验报告迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，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，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的 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，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。关键词：迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率；一、引言【实验背景】迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹，主要用于长度和折射率的测量。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具；它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。【实验目的】1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法；2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律；3．测量空气的折射率。 【实验原理】（一）迈克尔逊干涉仪M1、M2是一对平面反射镜，G1、G2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，G1称为分光板，在其表面A镀有半反射半透射膜，G2称为补偿片，与G1平行。当光照到G1上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到M1，经M1反射后，透过G2，在G1的半透膜上反射到达E；反射光2射到M2，经M2反射后，透过G1射向E。两束光在?。玻璃中的光程相等。当观察者从E处向G1看去时，除直接看到M2外还可以看到M1的像M1?反射来的，?～M2于是1、2两束光如同从M2与M1因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1间形成的空气薄膜的干涉等效。（二）干涉条纹1.等倾干涉?与M2严格平行。对于入射角为?的光线，M1?与M2反射光的调节M1和M2,使M1光程差为：??2d?2dtan??sin??2dcos?cos?d为M1?和M2的间距。由上式，可以得到产生明暗条纹的条件k????arccos,??2d????arccos(2k?1)?,?4d?其中k?0,1,2??，为整数。明条纹暗条纹d变化过程中缩进或冒出的条纹数可以定量表示为：?N?2?d?其中?N为缩进或冒出的条纹数，?d为距离d的改变量。2.等厚干涉?与M2有一定的交角时，?与M2交当M1两镜所在的平面之间会有一个交线。考虑与M1线距离为a处以?角入射的光束，该光束经过两镜片反射产生的光程差为??2atan?cos??2atan??atan??22若a、?与?都很小，以致atan?????时，光程公式可以近似为??2atan?，此时将产生等厚干涉条纹。（三）利用干涉条纹测量空气折射率用激光器做光源，将内壁长为l的小气室置于迈克尔逊干涉仪光路中，固定在反射镜M1前。调节干涉仪，获得适量等倾干涉条纹之后，向气室里充气，再稍微松开阀门，以较低的速率放气的同时，计数干涉环的变化数?m，以及相应的气压变化值?P，可得气压为P时的空气折射率为n?1?【实验仪器】本实验是在光学面包板上完成的。??m2L?PP主要部件包括分光板、两个反射镜M1、M2。其中M1为动镜，装在一个位移台上，两个聚焦透镜，一个用作扩束镜，一个用于放大激光的干涉条纹以便于观察。光源包括半导体激光器（波长635nm）与钠光灯两种。在装有动镜的位移台上，还固定有两块一面镀膜的玻璃板，这是用作法布里-珀罗干涉仪的主要部件。分光板、聚焦透镜等可以通过支持棒和底座安装光学面包板上，也可以通过叉式压板固定在光学面包板上。激光形成的干涉条纹可以通过接收屏观测。另备有气室及气压计，用于测定空气折射率。二、实验过程【实验内容】1．干涉条纹的观察使用氦氖激光器作为光源，按要求安装仪器。将分光板、固定镜、动镜以及接收屏安装在光学面包板上，可先不安装聚焦透镜。注意安装时初步估算光程，使两束光的光程大致相等，调节各镜片等高共轴。各部分安装好后，通过各个镜片的小螺丝进行微调，要求激光发出的光束与动镜垂直，与分光板成45°角，经过分光板反射的光与固定镜垂直。安置好仪器，调节后角度后两束光在屏上的光点应该重合，这时，在激光器前面加上聚焦透镜即可在屏上看到干涉条纹。仔细调节平面镜，逐步把干涉环的圆心调到视场中央，即可获得等倾干涉条纹图样。转动测微螺旋改变两个平面镜之间的位置，观察并记录条纹的变化情况。转动测微螺旋，使动镜向条纹逐一消失与环心的方向移动，直到视场内条纹极少时，仔细调节平面镜，使其少许倾斜，转动测微螺旋，是弯曲条纹向圆心方向移动，可见陆续出现一些直条纹，即等厚干涉条纹。转动测微螺旋改变两个平面镜之间的相对位置，观察并记录条纹的变化情况。2．测量激光的波长取等倾干涉条纹的清晰位置，记下测微螺旋读数d0，沿此前方向转动测微螺旋，同时默数冒出或消失的条纹，每50环记一次读数，直测到第250环为止，用逐差法计算出Δd。由下式计算激光的波长，并与理论值比较：??2?d?N注意：测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。即d应为测微螺旋移动距离乘以0.1。3．测量空气折射率测量时，利用打气球向气室内打气，读出气压表指示值P1，然后再缓慢放气，相应地看到有条纹缩进或冒出。当缩进或冒出?m?15个条纹肘，记录气压表读数P2值。然后重复前面的步骤，共取6组数据。求出对应的气室内压强变化值的平均值?P?P1?P。 2实验中使用的为表压式气压计，即测量的是与大气压之差。大气压可取1.0133×105Pa。实验用的气室长度为10.0cm。注意，使用完毕后，请松开充气阀门，气室内长时间存放高压气体会损坏压力表。【实验方法和技术】注意事项：1.测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。即d应为测微螺旋移动距离乘以0.1。2.气室使用完毕后，请松开充气阀门，气室内长时间存放高压气体会损坏压力表。【实验结果的分析和结论】1.利用迈克尔逊干涉仪测量的数据，计算氦氖激光器的波长，并与理论值比较，计算相对误差。表格1迈克尔逊干涉仪测量激光器波长数据表利用逐差法：?l?16.280?16.130?15.970?15.805?15.650?15.480?0.1606mm32测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。即d应为测微螺旋移动距离乘以0.1。?d??l?0.01606mm10N为缩进或冒出的条纹数，本次实验每50环记一次读数。?N=50??2?d?642.4nm?N本次实验采用半导体激光器，理论波长为635nm。相对误差?? 原因分析：1）干涉是否为严格的等倾干涉影响实验数据精确度。严格的等倾干涉要求移动反射镜镜面M1和虚反射镜镜面M2严格平行。当两镜不平行642.4?635635?100%?1.17%的时候,形成的干涉条纹就不是等倾干涉,而是等厚干涉,而且不是同心圆环。当不是等倾干涉条纹的时候,就会对波长的计算产生误差。2）读数误差。肉眼判断缩进或冒出的条纹，数条纹数时，读测微螺旋示数时会产生随机误差。2.计算在标准大气压下空气的折射率，并与理论值比较，计算相对误差。?m?15,P?1.0133?105Pa,L?10.0cm，?P?P1?P2?18.3kPa经计算得n?1???m2L?PP?1.000264经查得，空气折射率理论值n?1.000278相对误差??误差分析：人为因素包括测量误差，测量小气室内的压强值，读数时等稳定后再读数。环境因素包括压强、温度、湿度等。气体的折射率跟压强的大小有关，气体的折射率会随着压强的变化而变化。同时，气体的折射率还与温度有关。【实验遇到的问题及解决的方法】1.仪器安装完毕，但没有干涉现象。有多种可能的情况。1）两个光点重合，但没有干涉现象。两束光的没有达到等光程的要求，可能是由于激光在传播过程中不在同一水平面上，可以通过反复调节光阑来调节。调节光阑的位置，在近距离的位置调节光阑使光线通过恰好通过光阑，观察光线是否还是恰好通过光孔。2）未加聚焦透镜前两光点重合，加聚焦透镜后重合点消失。可能因为光线未通过透镜的中心而发生折射造成光路偏折。