数据处理:可通过逐差法求He-Ne激光的波长 定义:迈克尔逊干涉仪(Michelson interferometer),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。
迈克尔逊干涉仪的最著名应用即是它在迈克尔逊-莫雷实验中对以太风观测中所得到的零结果,这朵十九世纪末经典物理学天空中的乌云为狭义相对论的基本假设提供了实验依据。
了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构,学习其调节方法;2.调节非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉条纹,了解非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉的形成条件及条纹特点;3.利用白光干涉条纹测定薄膜厚度。
实验目的(1)掌握迈克尔逊干涉仪的工作原理和结构,学习其调整方法和技巧(2)学习精确测量长度的方法。(3)学会用迈克尔逊干涉仪测量单色光的波长。实验原理迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪有多种形式,其基本光路图如图6-7-1所示。
迈克尔逊干涉仪(20040151),He-Ne激光器(20001162),扩束物镜 【实验原理】 迈克尔逊干涉仪 图1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图 G1和G2是两块平行放置的平行平面玻璃板,它们的折射率和厚度都完全相同。G1的背面镀有半反射膜,称作分光板。G2称作补偿板。
数据:迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式。从光源发出的一束光,在分束镜的半反射面上被分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2。反射光束1射出后投向反射镜,反射回来再穿过;光束2经过补偿板投向反射镜,反射回来再通过,在半反射面上反射。
使用数学拟合的方法,将数据拟合为一条曲线。这种方法可帮助理解数据变化的趋势。使用滤波器对数据进行处理,将非同心圆的数据进行平滑处理,得到一个近似的同心圆数据。使用离散傅里叶变换对数据进行转换,将时域信号转换为频域信号,再进行数据处理。
调节扩束物镜组的高低、左右位置使扩束后的激光完全照射在分光板G1上。这时在观察屏上就可以观察到干涉条纹(如完全没有,请重复上面步骤)再调节M1下面的两个微调螺丝使M1/、M2更加平行,屏上就会出现非定域的同心圆条纹。
所以得到的是等厚干涉条纹---直条纹,然后二者间距离增大,倾角和厚度都对光程差的变化起了作用,所以这时候是弯曲的弧形条纹,随着距离的继续增大,变为同心圆环,说明这时候是等倾干涉条纹,也就是说这时候是倾角的改变占主导地位。同一级圆环说明是倾角相同的干涉条纹。
干涉条纹可以通过望远镜或人眼观察到。补偿板B与分束器A材质、厚度相同,与分束器A平行放置,其作用是补偿反射光束1因在A中来回两次而多出来的光程,使干涉仪同时满足不同波长光的等光程要求。等倾干涉图样(1)产生等倾干涉的等效光路如图6-7-2所示(图中未画出补偿板B)。
因为迈克耳逊干涉仪用的是等倾干涉,中央干涉级最大,镜子像光程差减小的方向移动的时候,光程差减小,所以原来大干涉级的地方被小干涉级代替了,所以中央是最大干涉级,被边上小于他的干涉级替代,所以边上的条纹陷入中心了。
等厚干涉向等倾干涉转变。等厚干涉是直线带状条纹,等倾干涉是同心圆条纹。
1、③ 在光路上放入一扩束物镜组,它的作用是将一束激光汇聚成一个点光源,调节扩束物镜组的高低、左右位置使扩束后的激光完全照射在分光板G1上。这时在观察屏上就可以观察到干涉条纹(如完全没有,请重复上面步骤)再调节M1下面的两个微调螺丝使M1/、M2更加平行,屏上就会出现非定域的同心圆条纹。
2、调节非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉条纹,了解非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉的形成条件及条纹特点;利用白光干涉条纹测定薄膜厚度。【实验仪器】迈克尔逊干涉仪(20040151),He-Ne激光器(20001162),扩束物镜。
3、反射光束1射出后投向反射镜,反射回来再穿过;光束2经过补偿板投向反射镜,反射回来再通过,在半反射面上反射。于是,这两束相干光在空间相遇并产生干涉,通过望远镜或人眼可以观察到干涉条纹。
1、数据:迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式。从光源发出的一束光,在分束镜的半反射面上被分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2。反射光束1射出后投向反射镜,反射回来再穿过;光束2经过补偿板投向反射镜,反射回来再通过,在半反射面上反射。
2、三个读数单位都是毫米,第一个读到1mm,第二个读到0.01mm,第三个最小刻度是0.0001mm,但是要多估读一位到0.00001mm。迈克尔逊干涉仪,是1881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。
3、这个看你用什么光测,对于单色光测量,补偿板可以不要。那部分光程差可以从其它部分补上,测量结果的绝对值改变了,相对值没有任何变化。而测量中我们实际更关注的是相对值,而不是绝对值,所有对于测纳光波长这样的实验,补偿板可以不要。
4、玻璃材料与分光玻璃板。迈克尔孙补偿板厚度材质要求是玻璃材料与分光玻璃板,但没有镀膜,补偿板G2的材料和厚度都和分束镜G1相同。对于单色光的干涉而言这无所谓,因为这种差异可以通过调节干涉臂长度来补偿。
5、补偿光程用。因为一个光路是投射,另外一个是反射。当使用片状分光镜时透射光路光程多了一些,需要补偿。