不能!濾光片的作用是過(guò)濾掉其他光,使光的頻率單一。如果交換位子測(cè)出來(lái)的頻率不準(zhǔn)。
1. 接收屏上的光強(qiáng)是關(guān)于坐標(biāo)的三角函數(shù) ,三角函數(shù)是周期性的,所以,隨著坐標(biāo)的增加,光強(qiáng)也是周期性的。 雙縫干涉行成了明暗交替的條文。 對(duì)于電光源,是形成明暗交替的光圈。 也不是一團(tuán)一團(tuán)的。
2.當(dāng)做光源的那個(gè)縫隙,如果向上稍微一動(dòng),那么干涉條紋中央亮條紋向下移動(dòng)。
3.縫隙的間距越小,條紋間距越大。
實(shí)驗(yàn)名稱】邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br>
1.了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu),學(xué)習(xí)其調(diào)節(jié)方法;
2.調(diào)節(jié)非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉條紋,了解非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉的形成條件及條紋特點(diǎn);
3.利用白光干涉條紋測(cè)定薄膜厚度。
【實(shí)驗(yàn)儀器】
邁克爾遜干涉儀(20040151),He-Ne激光器(20001162),擴(kuò)束物鏡
【實(shí)驗(yàn)原理】
1. 邁克爾遜干涉儀
圖1是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖
G1和G2是兩塊平行放置的平行平面玻璃板,它們的折射率和厚度都完全相同。G1的背面鍍有半反射膜,稱作分光板。G2稱作補(bǔ)償板。M1和M2是兩塊平面反射鏡,它們裝在與G1成45o角的彼此互相垂直的兩臂上。M2固定不動(dòng),M1可沿臂軸方向前后平移。
由擴(kuò)展光源S發(fā)出的光束,經(jīng)分光板分成兩部分,它們分別近于垂直地入射在平面反射鏡M1和M2上。經(jīng)M1反射的光回到分光板后一部分透過(guò)分光板沿E的方向傳播,而經(jīng)M2反射的光回到分光板后則是一部分被反射在E方向。由于兩者是相干的,在E處可觀察到相干條紋。
光束自M1和M2上的反射相當(dāng)于自距離為d的M1和M2ˊ上的反射,其中M2ˊ是平面鏡M2為分光板所成的虛像。因此,邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉與厚度為d、沒(méi)有多次反射的空氣平行平面板所產(chǎn)生的干涉完全一樣。經(jīng)M1反射的光三次穿過(guò)分光板,而經(jīng)M2反射的光只通過(guò)分光板一次,補(bǔ)償板就是為消除這種不對(duì)稱性而設(shè)置的。
雙光束在觀察平面處的光程差由下式給定:
Δ=2dcosi
式中:d是M1和M2ˊ之間的距離,i是光源S在M1上的入射角。
邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉條紋的特性與光源、照明方式以及M1和M2之間的相對(duì)位置有關(guān)。
2.等傾干涉
如下圖所示,當(dāng)M2與M1嚴(yán)格垂直,即M2ˊ與M1嚴(yán)格平行時(shí),所得干涉為等傾干涉。干涉條紋為位于無(wú)限遠(yuǎn)或透鏡焦平面上明暗的同心圓環(huán)。干涉圓環(huán)的特征是:內(nèi)疏外密。由等傾干涉理論可知:當(dāng)M1、M2′之間的距離d減小時(shí),任一指定的K級(jí)條紋將縮小其半徑,并逐漸收縮而至中心處消失,即條紋“陷入”;當(dāng)d增大,即條紋“外冒”,而且M1與M2′的厚度越大,則相鄰的亮(或暗)條紋之間距離越小,即條紋越密,越不易辨認(rèn)。每“陷入”或“冒出”一個(gè)圓環(huán),d就相應(yīng)增加或減少λ/2的距離。如果“陷入”或“冒出”的環(huán)數(shù)為N,d的改變量為Δd,則:Δd=N*λ/2
則:λ=2Δd/N
若已知Δd和N,就可計(jì)算出λ。
i2
a1
i1
b1
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】
(一)調(diào)整邁克爾遜干涉儀,觀察非定域干涉、等傾干涉的條紋
① 對(duì)照實(shí)物和講義,熟悉儀器的結(jié)構(gòu)和各旋鈕的作用;
② 點(diǎn)燃He—Ne激光器,使激光大致垂直M1。這時(shí)在屏上出現(xiàn)兩排小亮點(diǎn),調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個(gè)螺釘,使反射光和入射光基本重合(兩排亮點(diǎn)中最亮的點(diǎn)重合且與入射光基本重合)。這時(shí),M1 和M2大致互相垂直,即M1/、M2大致互相平行。
③ 在光路上放入一擴(kuò)束物鏡組,它的作用是將一束激光匯聚成一個(gè)點(diǎn)光源,調(diào)節(jié)擴(kuò)束物鏡組的高低、左右位置使擴(kuò)束后的激光完全照射在分光板G1上。這時(shí)在觀察屏上就可以觀察到干涉條紋(如完全沒(méi)有,請(qǐng)重復(fù)上面步驟)再調(diào)節(jié)M1下面的兩個(gè)微調(diào)螺絲使M1/、M2更加平行,屏上就會(huì)出現(xiàn)非定域的同心圓條紋。
④ 觀察等傾干涉的條紋。
(二)測(cè)量He—Ne激光的波長(zhǎng)
① 回到非定域的同心圓條紋,轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)和微動(dòng)手輪,觀察條紋的變化:從條紋的“涌出”和“陷入”說(shuō)明M1/、M2之間的距離d是變大?變小?觀察并解釋條紋的粗細(xì)、疏密和d的關(guān)系。
② 將非定域的圓條紋調(diào)節(jié)到相應(yīng)的大小(左邊標(biāo)尺的讀數(shù)為32mm附近),且位于觀察屏的中心。
③ 轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪使圓條紋穩(wěn)定的“涌出”(或“陷入”),確信已消除“空回誤差”后,找出一個(gè)位置(如剛剛“涌出”或“陷入”)讀出初始位置d1。
④ 緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪,讀取圓條紋“涌出”或“陷入”中心的環(huán)數(shù),每50環(huán)記錄相應(yīng)的d2、d3、d4……
⑤ 反方向轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪,重復(fù)②、③記錄下“陷入”(或“涌出”)時(shí)對(duì)應(yīng)的di/。
⑥ 數(shù)據(jù)記錄參考表(如上),按公式計(jì)算出He—Ne激光的波長(zhǎng)。用與其理論值相比較得出百分差表示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【注意事項(xiàng)】
1、 任何光學(xué)面不得用手摸,如需要用鏡頭紙輕輕擦拭。
2、 本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是粗調(diào)即步驟③,需反復(fù)調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個(gè)螺釘,但必須均勻調(diào)節(jié),否則會(huì)造成儀器的損壞。
由于邁克爾遜干涉儀的測(cè)量精度較高,反方向轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪測(cè)量另一組數(shù)據(jù)時(shí),一般需要轉(zhuǎn)動(dòng)20多圈方可消除“空回誤差”,這時(shí)也可直接反方向轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪達(dá)到消除“空回誤差”的目的
【數(shù)據(jù)記錄】
1.測(cè)量He—Ne激光的波長(zhǎng):
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
【數(shù)據(jù)處理】
可通過(guò)逐差法求He-Ne激光的波長(zhǎng)
涌出
陷入
百分誤差:
【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】
【問(wèn)題討論】
1. 在實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)節(jié)M1和M2相互垂直(M1和M2’相互平行)時(shí),是在沒(méi)有干涉條紋出現(xiàn)的情形下,利用觀察視場(chǎng)中兩個(gè)光點(diǎn)的位置來(lái)操作的,但實(shí)際會(huì)發(fā)現(xiàn),這樣的光點(diǎn)一般都有很多。這些光點(diǎn)的出現(xiàn)是源于入射光束在被分光鏡分為兩束以及它們?cè)趥鬏斶^(guò)程中所經(jīng)過(guò)的多個(gè)玻璃折射,反射后。試根據(jù)圖1所示的主光路傳輸路徑,總結(jié)一套快速正確地選定對(duì)應(yīng)觀測(cè)光點(diǎn)的方法。
由圖1可見(jiàn),入射光束在分光鏡的第1表面和分束面都會(huì)有部分光向M1方向反射,經(jīng)M1再次反射后,從觀察屏上看到的右邊光點(diǎn)是由分束面反射,即我們所要的對(duì)應(yīng)光點(diǎn)。透過(guò)分束鏡的光經(jīng)M2鏡反射后,在補(bǔ)償片的兩個(gè)界面會(huì)形成兩個(gè)向觀察方向反射的光點(diǎn),右邊第3個(gè)光點(diǎn)才是由分束面反射,即我們要找的對(duì)應(yīng)光點(diǎn)。
2. 試由公式說(shuō)明M1和M2’的距離d變大變小同環(huán)形干涉條紋中心“冒出或陷入”的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
由公式2dcosik=kλ,對(duì)同一干涉級(jí)次(k不變),當(dāng)d減小時(shí), i k必然減小,干涉園環(huán)中心向里陷入。