迈克尔逊干涉仪实验数据想多不确定度多少(迈克尔逊干涉仪实验数据)
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【实验名称】迈克尔逊干涉仪的调整与使用
【实验目的】
1.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。
【实验仪器】
迈克尔逊干涉仪(20040151),He-Ne激光器(20001162),扩束物镜
【实验原理】
1. 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。M1和M2是两块平面反射镜,它们装在与G1成45º角的彼此互相垂直的两臂上。M2固定不动,M1可沿臂轴方向前后平移。
由扩展光源S发出的光束,经分光板分成两部分,它们分别近于垂直地入射在平面反射镜M1和M2上。经M1反射的光回到分光板后一部分透过分光板沿E的方向传播,而经M2反射的光回到分光板后则是一部分被反射在E方向。由于两者是相干的,在E处可观察到相干条纹。
光束自M1和M2上的反射相当于自距离为d的M1和M2ˊ上的反射,其中M2ˊ是平面镜M2为分光板所成的虚像。因此,迈克尔逊干涉仪所产生的干涉与厚度为d、没有多次反射的空气平行平面板所产生的干涉完全一样。经M1反射的光三次穿过分光板,而经M2反射的光只通过分光板一次,补偿板就是为消除这种不对称性而设置的。
双光束在观察平面处的光程差由下式给定:
Δ=2dcosi
式中:d是M1和M2ˊ之间的距离,i是光源S在M1上的入射角。
迈克尔逊干涉仪所产生的干涉条纹的特性与光源、照明方式以及M1和M2之间的相对位置有关。
2.等倾干涉
如下图所示,当M2与M1严格垂直,即M2ˊ与M1严格平行时,所得干涉为等倾干涉。干涉条纹为位于无限远或透镜焦平面上明暗的同心圆环。干涉圆环的特征是:内疏外密。由等倾干涉理论可知:当M1、M2′之间的距离d减小时,任一指定的K级条纹将缩小其半径,并逐渐收缩而至中心处消失,即条纹“陷入”;当d增大,即条纹“外冒”,而且M1与M2′的厚度越大,则相邻的亮(或暗)条纹之间距离越小,即条纹越密,越不易辨认。每“陷入”或“冒出”一个圆环,d就相应增加或减少λ/2的距离。如果“陷入”或“冒出”的环数为N,d的改变量为Δd,则:Δd=N*λ/2
则:λ=2Δd/N
若已知Δd和N,就可计算出λ。
i2
a1
i1
b1
【实验内容及步骤】
(一)调整迈克尔逊干涉仪,观察非定域干涉、等倾干涉的条纹
① 对照实物和讲义,熟悉仪器的结构和各旋钮的作用;
② 点燃He—Ne激光器,使激光大致垂直M1。这时在屏上出现两排小亮点,调节M1和M2背面的三个螺钉,使反射光和入射光基本重合(两排亮点中最亮的点重合且与入射光基本重合)。这时,M1 和M2大致互相垂直,即M1/、M2大致互相平行。
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。
④ 观察等倾干涉的条纹。
(二)测量He—Ne激光的波长
① 回到非定域的同心圆条纹,转动粗动和微动手轮,观察条纹的变化:从条纹的“涌出”和“陷入”说明M1/、M2之间的距离d是变大?变小?观察并解释条纹的粗细、疏密和d的关系。
② 将非定域的圆条纹调节到相应的大小(左边标尺的读数为32mm附近),且位于观察屏的中心。
③ 转动微动手轮使圆条纹稳定的“涌出”(或“陷入”),确信已消除“空回误差”后,找出一个位置(如刚刚“涌出”或“陷入”)读出初始位置d1。
④ 缓慢转动微动手轮,读取圆条纹“涌出”或“陷入”中心的环数,每50环记录相应的d2、d3、d4……
⑤ 反方向转动微动手轮,重复②、③记录下“陷入”(或“涌出”)时对应的di/。
⑥ 数据记录参考表(如上),按公式计算出He—Ne激光的波长。用与其理论值相比较得出百分差表示出实验结果。
【注意事项】
1、 任何光学面不得用手摸,如需要用镜头纸轻轻擦拭。
2、 本实验的重点和难点是粗调即步骤③,需反复调节M1和M2背面的三个螺钉,但必须均匀调节,否则会造成仪器的损坏。
由于迈克尔逊干涉仪的测量精度较高,反方向转动微动手轮测量另一组数据时,一般需要转动20多圈方可消除“空回误差”,这时也可直接反方向转动粗动手轮达到消除“空回误差”的目的
【数据记录】
1.测量He—Ne激光的波长:
Ki
涌 出
陷 入
di(mm)
Δdi(mm)
di/(mm)
Δdi/(mm)
K0
54.74382
54.54123
K0+50
54.76163
54.52504
K0+100
54.77705
54.50927
K0+150
54.79326
54.49211
K0+200
54.80939
54.47658
K0+250
54.82480
54.45958
【数据处理】
可通过逐差法求He-Ne激光的波长
涌出
陷入
百分误差:
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