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14迈克尔孙和法珀两用干涉仪的调节和使用实验报告.pdf

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文档编号：55114117

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1、精心整理精心整理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姓名童凌炜学号实验台号实验时间 2009年 05月 08日，第 11周，星期五第 5-6节实验名称迈克尔孙和法珀两用干涉仪的调节和使用教师评语实验目的与要求：1，了解迈克尔孙干涉仪的构造2，非定域条纹观察和调节，以及激光波长的测量3，定域条纹观察和调节，以及钠光波长的测量4，白光干涉条纹的调整5，测空气的折射率6，测量透明介质薄片的折射率7，观察多光束干涉现象主要仪器设备：SGM-2 型干涉仪由迈克尔孙和法珀干涉仪一体化组装而成，基本结构如右图所示实验原理和内容：1，迈克尔孙干涉仪的光路迈克尔孙干涉仪

2、是一种分振幅双光束的干涉仪，光路如右图成绩教师签字精心整理精心整理所示。入射光 S到达分光板 G1后分为两束，即反射光I 和透射光 II；如果入射角为45时，光 I 和 II 相互垂直，且分别垂直射到反射镜M1 和 M2 上；经反射后的两束光重新在 G1的半反射膜上汇聚成一束光从E方向射出。补偿镜G2的作用是保证两束光的光程完全相同。2，干涉条纹的图样如上图所示，可以将M2 的像作到 M1 的平行位置 M2，那么干涉图样的分析，就变为基于 M1 和 M2 之间的空气层的干涉分析。2.1，点光源照明非定域干涉条纹激光束射向干涉镜的光可视作点光源，图中S1和 S2 是点光源相对于M1 和 M2

3、的虚像，这两个虚光源发出的球面光波在相遇空间都可以发生干涉，因而在这个光场中任何位置放置毛玻璃屏都可以接收到干涉条纹，因而称之为非定域干涉。当M1和 M2 非平行时，发生的是等厚干涉，观察到为平行条纹；平行时，发生的是等倾干涉，观察到为同心椭圆或双曲线形干涉条纹。（光路图如上页所示）非定域同心圆条纹的特性分析如下：文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K

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9、档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2文档编码:CQ6K3K9G6I3 HG3K6R8H8X6 ZW1B8J7Z5L2精心整理精心整理两虚光源 S1 和 S2

10、到接受屏上任意一点P 的光程差均为PSPSL12，当偏心距r很小时（如上光路图所示），可以对一些小量做出忽略，可以认为光程差)21(222zrdL。显然，当光程差为波长的整数倍时候，对应的是亮条纹，此时kzrdL)21(222同时可以得出，干涉条纹的级次从外向圆心递增。列出两相关式相见后可以得到，干涉条纹的间距为drzrrrkkk221，且间距的大小与drzk,四个变量有关。条纹的吞吐，根据光程差表达式kzrdL)21(222可见，当 d 增大时，rk也增大，此时圆心吐出条纹，反之的减小时，rk减小，中心吞进条纹。对于最中心的条纹，根据表达式 2d=k ，

11、可以得到吞吐条纹数目N 与动镜移动距离d的关系：2 d=N ，这样便可以根据条纹吞吐的数目和动镜的移动距离来确定入射光的波长。2.2扩展光源照明定域干涉条纹（1），等倾干涉。如右图所示，当M1 与 M2 的位置相平行时，表现为等倾干涉，两束反射光的光程差为c o s2dL，此时观察到干涉图样为一组同心圆，每个圆对应一定的倾角。且所有的同心圆中，以圆心处的干涉条纹级别最高，此处的光程差为kdL2，因而在改变动镜的位置d 的时候也可以看到中心圆环条纹的吞吐现象。且每吞吐一个圆环，说明d 变化了/2。再同样利用光程差的公式，同过相差级的表达式相减可以得到相邻两条纹之间的角文档编码:CO8O

12、8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K

13、7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J

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18、码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10精心整理精心整理间距为kkkkd21（2），等厚干涉。当M1 与 M2 的位置存在很小的一个夹角，且 M1 与 M2 所夹出的空气膜很薄时，用扩展光源照射便可以发生等厚干涉。其光程差仍

19、可以表示为cos2dL，但是由于存在半波损，因而使得第一条纹是暗条纹；如果反射状态不是通过空气面的背反射而是通过镜子上的镀膜来反射则不存在半波损的状况，因而第一条纹成为亮纹。当干涉位置较靠近交棱时，干涉图样为标准的明暗直线间隔条纹，但在较远离交棱的位置上，背反射角的影响就不能够被忽视，因而可以看到干涉条纹发生了扭曲，由直线变成了向交棱方向突起的弧形条纹，且越是远离交棱的地方，扭曲的现象越是明显。步骤与操作方法：了解迈克尔孙干涉仪的构造，非定域条纹观察和调节，以及激光波长的测量，测量空气的折射率。1，激光非定域干涉现象的观察和He-Ne激光波长的测量在不加入扩束器的情况下安装好各个部件，并且调

20、节光路的准直性和相对位置，以及相对于底平面的水平，保证经M1 和 M2 反射的光重合在毛玻璃屏上，之后加入扩束器便可以在毛玻璃屏上观察到干涉图案。以钠光灯做光源时类似，只是需要加装针孔屏来对光，之后移去针孔屏并且在分光器和光源之间加上毛玻璃屏即可观察到干涉图样。测量时，往同一个方向先后10 次旋转测微螺旋，使图案中心吞或吐共550各条纹，文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码

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27、10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10精心整理精心整理其中从 50开始，每隔 50个条纹记录一次测微螺旋的读数（含50）。为了防止空程误差，测微螺旋不可反转，中间出错，则必须从头开始。2，测量透明介质薄片的折射率先调整动镜 M2 的位置，使屏上出现白光干涉条纹，并且使中央条纹对准屏上十字叉丝，记下动镜位置读数l1，然后在动镜前加入一透明薄片，此时光路光程差增加)1(2nd，再调节动镜位置使中央干涉条纹回到屏中央与叉丝重合，读取动镜的位置 l2，由两次位置差求出，

28、再用螺旋测微器测出薄片的厚度，便可以根据以上的公式得出其折射率的值。3，测量空气的折射率以小功率激光器作光源，在干涉仪光路中加入一个长为l 的气室。调节干涉仪得到适当的干涉条纹后，向气室里充气，则干涉条纹发生了变化；再慢慢将气室内的气体放出，同时注意干涉图案上干涉环的变化数N（估计到一位小数），直至放气结束，气室内外气压相等。然后根据下式计算出空气的折射率：pplNnamb21。重复测量6 次，取平均值。4，观察多光束干涉现象转动整个干涉仪，使FP干涉仪面向实验者。将氦氖激光器置于FP干涉仪的光路上，通过旋钮调节两镜子的相互位置，直到镜面之间的反射光点重合为一点时，说明两镜子的位置已经相互平行

29、。然后在光路中加入扩束器和毛玻璃屏以形成扩展光源，就能够从系统的轴向观察到一系列明亮细锐的多光束干涉圆环。观察该干涉现象有两种光路设置可选，如图所示，关键是调节两个镜面严格平行。*注意：光学器件的表面，尤其是透光表面严禁用手触摸，FP 干涉仪的两个镜面禁止紧贴，出场时以调整好的光学部件不可以再调整。文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3

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32、8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10

33、文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:C

34、O8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4

35、C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 H

36、B8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10精心整理精心整理转动测微螺旋和调节螺丝时动作要轻，以免损坏仪器。文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U

37、3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N

38、10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码

39、:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8

40、P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7

41、 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3

42、U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J1

43、0 ZP3U3U8L1N10精心整理精心整理数据记录与处理：实验中测量的数据如下：1，测量激光的波长（d 为原始位移，d为乘以倍率系数0.05以后的数据）N/环0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 d/mm 7.000 7.311 7.630 7.969 8.344 8.642 8.970 9.269 9.558 9.869 10.171 d/mm 0.35000 0.36555 0.38150 0.39845 0.41720 0.43210 0.44850 0.46345 0.47790 0.49345 0.50855 2，测量空气的折射率 nai

44、rn 1 2 3 4 5 6 p/kpa30.3 29.1 29.6 30.5 31.5 29.9 N/环20.3 19.9 20.2 21.2 21.4 20.0 L=80mm,=632.8nm,Pamb=101.325kpa 结果与分析：1，用作图法计算激光的波长这里并行使用两种作图手段来计算，一方面使用手动绘图并在函数图像上取样以计算斜率，另一方面使用Matlab6.5 作函数的图像并且使用MLS 来得到拟合后的直线方程1.1，手动绘图的图像与结果见下页的坐标图1.2，Matlab6.5 的处理过程如下：将数据送入程序中，代码如下：x=0 50 100 150 200 250 300 3

45、50 400 450 500 x=050100150200250300350400450500 y=0.35000 0.36555 0.38150 0.39845 0.41720 0.43210 0.448500.46345 0.47790 0.49345 0.50855 y=Columns1through9 0.35000.36550.38150.39850.41720.43210.44850.46340.4779 Columns10through11 0.49350.5085 cftool 文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8

46、O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6

47、K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8

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49、J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP3U3U8L1N10文档编码:CO8O8P4C6K7 HB8J3U3Z5J10 ZP

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4.3 金币

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关键词：: 14 迈克两用干涉仪调节使用实验报告

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