迈克尔孙干涉仪测空气折射率实验报告.doc

【实验名称】迈克耳孙干涉仪 【目的要求】 掌握M-干涉仪的调节方法; 调出非定域干涉和定域干涉条纹; 了解各类型干涉条纹的形成条件, 花纹特点, 变化规律及相互间的区别; 用M-干涉仪测量气体折射率. 【仪器用具】 M-干涉仪(旧仪器第3组), He-Ne激光器及其电源, 扩束透镜, 小孔光阑, 白炽灯, 毛玻璃, 小气室, 打气皮囊, 气压表, 凸透镜. 【实验原理】 M-干涉仪光路 M-干涉仪是一种分振幅双光束的干涉仪. 其光路如图. 期中M1可以移动. G1为分束板. 干涉花纹的图样 点光源照明——非定域干涉条纹 考虑虚光源S1和S2’. 若毛玻璃垂直于两者连线, 则得到圆条纹; 若毛玻璃垂直于两者的垂直平分线, 则得到线条纹; 若其它情况, 则得到椭圆或双曲线条纹. 非定域圆条纹特性: .(i) 亮纹条件: .(ii) 条纹间距: .(iii) 条纹的”吞吐”:缓慢移动M1镜, 改变d, 可以看到条纹条纹吞或吐的数目N有: .(iv) d增大, rk增大, 即条纹”吐”; d减小, rk减小, 即条纹”吞”. 扩展光源照明－－定域干涉条纹 等倾干涉条纹－－定域于无穷远 相邻两条纹角间距: .(v) 等厚干涉条纹－－定域于镜面附近 .(vi) 在交棱附近,可忽略. 因此在交棱附近看到的是直条纹, 离棱远就慢慢变成弧形, 且弯曲方向是凸向交棱方向的. 测量空气折射率 .(vii) 公式给出了气压为p时的空气折射率n. 其中N为条纹吞吐量, △p为气室气压变化. 【实验步骤和过程记录】 了解M-干涉仪的构造 (略) 调节干涉条纹. 错误！未定义书签。粗调M-干涉仪, 使M1和M2’大致平行; 把固定镜M2的两个微动螺丝放在中间位置, 把M1镜和M2镜后的三个小螺丝拧合适, 不要太松或太紧. 将激光束调成水平, 调整好小孔光阑的高度和位置(小孔放在比较靠近激光源的地方). 再利用”自准直”的方法, 调整M1和M2, 使它们各自反射像的最亮点都和小孔重合. 此时M1和M2’基本平行. 非定域干涉条纹: 上面的调整完成后, 在小孔光阑上应该看到类似干涉的条纹. 此时拿走小孔光阑, 换上一短焦距小透镜, 并调整其高度和位置使光束能比较均匀得照亮M2. 用两块毛玻璃在E处作为干涉屏. 此时应该可以在屏上看到干涉条纹. 调节M2的微动螺丝, 可以调整中心的位置和倾角, 当位于光斑中心时, 可以在毛玻璃上观测到非定域圆条纹. 转动M-干涉仪的粗调手柄, 使M1镜移动, 可以观察到非定域圆条纹的变化. 如果条纹”吞”, 说明d减小, 此时条纹变粗变疏, rk变小; 如果条纹”吐”, 说明d变大, 此时条纹变细变密, rk变大. 此观察结果与理论相符. 将d减小, 再细调M1和M2倾角, 然后使毛玻璃垂直于两者的垂直平分线, 则得到线条纹; 此时稍微改变倾角和毛玻璃的取向, 可以得到双曲线条纹. 观察定域干涉条纹: 等倾条纹 把两块毛玻璃重叠放在小透镜与G1板之间, 获得扩展光源. 在上面圆条纹的基础上将d调得很小(使条纹很粗很疏), 用眼镜代替接收屏, 进一步调节微动螺丝, 使得眼镜上下左右移动的时候, 圆心随着眼镜移动, 但各圆的大小不变, 条纹不吞不吐. 因为眼镜聚焦的无穷远, 所以干涉定域于无穷远, 因此我们看到的就是严格的等倾条纹. d一定时, 越靠近中心的干涉圆环, 间距越大, 即干涉条纹中间疏边缘密; 改变d时, 条纹随着d的减小而变得稀疏. 此观察结果与理论相符. 将凸透镜放在E的位置, 找到凸透镜成像的位置. 观测到此位置与凸透镜的距离大概等于凸透镜的焦距. 因此可以判断等倾条纹大约定域在无限远. 等厚条纹 扩展光源照明. 在非定域圆条纹的基础上将d调得很小(使条纹很粗很疏), 调整微动螺丝使得M1和M2’成一小倾角. 调整粗调手柄使条纹往”吞”, 在视场中出现了直线干涉条纹(不一定是竖直线). 调节M1和M2’的倾角可以使条纹变得不太密, 便于观察. 如果慢慢调整粗调手柄, 可以看到干涉条纹再变弯曲. 在干涉条纹从弯曲变得接近直线的附近, 加上白光光源, 继续朝一样的方向, 用细调螺旋慢慢调整M1. 在变成直线再开始变弯的时候, 观察到了彩色的白光干涉条纹. 记录此时M的位置. 测量空气的折射率. 一边放气一边数”吃掉”的圆干涉条纹数目, 每吃掉一次, 由气压表读出值. 放掉气室的气, 使回到0, 再测量下一组数据. 然后由原理中的公式计算出一个大气压下空气的折射率n. 【实验数据】 非定域干涉条纹的调节与观察： 转动粗调手柄： 转动方向 M1与M2’的距离 Rk的变化 条纹的变化 粗调手柄示数增大 增大 增大 中心吐，变密，细 粗调手柄示数减小 减小