2dS1’S2’M1’M2邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)摘要：邁克爾遜干涉儀是一個(gè)精典邁克爾遜和莫雷設(shè)計(jì)制造下來(lái)的精密光學(xué)儀器，在近代化學(xué)和近代計(jì)量技術(shù)中都有著重要的應(yīng)用。通過(guò)邁克爾遜干涉的實(shí)驗(yàn)，我們可以熟悉邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)并把握其調(diào)整方式，認(rèn)識(shí)電光源非定域干涉白色的產(chǎn)生與特性，部份從并借助干涉白色的變化測(cè)定光源的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)原理：(1)邁克爾遜干涉儀的光路邁克爾遜干涉儀的光路圖如圖（一）所示。從光源S發(fā)出的一束光攝在分束板G1上，將光束分為兩部份：一部份從G1半反射膜處反射，射向平面鏡M2；另一部份從G1透射，射向平面鏡M1。因G1和全反射平面鏡M1、M2均成45角，所以兩束光均垂直射到M1、M2M2反射回去的光，透過(guò)半反射膜；從M2反射回去的光，為半反射膜反射。兩者匯集成一束光，在E處即可觀察到干涉白色。光路中另一平行平板G2與G1平行，其材料長(zhǎng)度與G1完全相同，以補(bǔ)償兩束光的光程差，稱為補(bǔ)償板。在光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所產(chǎn)生的實(shí)像，兩束相干光相當(dāng)于從M1’和M2反射而至，邁克爾遜干涉儀形成的干涉白色就像M2M1’之間的空氣膜所形成的干涉白色一樣。（2）單色電光源的非定域干涉白色M2平行M1’且相距為d，S發(fā)出的光對(duì)M2來(lái)說(shuō)，如S’發(fā)出的光光的反射實(shí)驗(yàn)器材，而對(duì)于E處的觀察者來(lái)說(shuō)，S’如坐落S2’一樣。
又因?yàn)榘敕瓷淠的作用，M1就像處于S1’的位置，所以E處觀察到的干涉白色，如同S1’、S2’發(fā)出的球面波，它們?cè)诳臻g處處相干，把觀察屏置于E空間不同位置，都可以看邁克爾孫干涉儀光路研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告——邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)到干涉花紋，因而這一干涉為非定域干涉。假如把觀察屏置于垂直于S1’、S2’的位置上，則可以見到一組同心圓，而圓心就是S1’,、S2’的連線與屏的交點(diǎn)E。設(shè)E（ES2’=L）的觀察屏上，離中心E點(diǎn)遠(yuǎn)處某一點(diǎn)P，EP式中φ是方形干涉白色的夾角。所以亮紋條件為2dcosφ=kλ(k=0,1,2,?)由此式可知，當(dāng)k、φ一定時(shí)，假若d漸漸減少，則cosφ將減小，即φ角逐步降低。也就是說(shuō)，同一k級(jí)白色，當(dāng)d減少時(shí)，該圓環(huán)直徑增大，看見的現(xiàn)象是干涉圓環(huán)內(nèi)縮；假如d逐步減小，同理看見的現(xiàn)象是干涉白色外擴(kuò)。對(duì)于中的變化量，所以有通過(guò)此式則能有變化的白色數(shù)量求出光源的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)儀器：邁克爾遜干涉儀、氦氖激光器、小孔、擴(kuò)束鏡、毛玻璃。研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告——邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)激光器，使激光束水平地射到M1、M2反射鏡中部并垂直于儀器滑軌。首先將M1、M2反面的三個(gè)螺栓及兩個(gè)微調(diào)拉簧均擰成半松，之后上下聯(lián)通、左右旋轉(zhuǎn)激光器俯仰，使激光器入射到M1、M2反射鏡中心，并使M1、M2放射回來(lái)的光點(diǎn)回到激光束輸出鏡面中心。
調(diào)節(jié)M1、M2相互垂直在光源前放置一小孔，讓激光束通過(guò)小孔入射到M1、M2上，按照放射光點(diǎn)的位置對(duì)激光束做進(jìn)一步細(xì)調(diào)，在此基礎(chǔ)上調(diào)整M1、M2反面的三個(gè)方位螺絲，使兩鏡的反射光斑均與小孔重合，這時(shí)M1M2基本垂直。調(diào)節(jié)M1鏡下方微調(diào)拉簧，使之形成圓環(huán)非定域干涉白色，這時(shí)M1M2的垂直程度進(jìn)一步增強(qiáng)。將另外一塊毛玻璃放在擴(kuò)束鏡與干涉儀之間以獲得面光源。放下毛玻璃觀察屏，用嘴巴直接觀察干涉環(huán)，同時(shí)仔細(xì)調(diào)節(jié)M1的兩個(gè)微調(diào)拉簧，直到鼻子上下左右搖晃時(shí)，各干涉環(huán)大小不變，即干涉環(huán)中心沒有被吞吐，只是圓環(huán)研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告——邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)M2嚴(yán)格垂直。移走小塊毛玻璃，將毛玻璃觀察屏放回原處，仍觀察點(diǎn)光源等傾干涉粉色。改變d值，使白色外擴(kuò)或內(nèi)縮，借助公式λ=2Δd/N測(cè)出激光的波長(zhǎng)。要求圓環(huán)中心每吞吐1000個(gè)格子，即疏密變化100次記下一個(gè)d值，連續(xù)檢測(cè)10數(shù)據(jù)記錄與處理：實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)讀數(shù)dmm50.....66099實(shí)驗(yàn)次數(shù)10讀數(shù)dmm50.....82064研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告——邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)..........8.....82064由Δd=λN/2,可得mm355查閱資料知實(shí)驗(yàn)所用氦氖激光器波長(zhǎng)研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告——邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)=0.994%偏差很小，可見邁克遜干涉儀是相當(dāng)精密的儀器。
偏差剖析：實(shí)驗(yàn)器材受環(huán)境中的震動(dòng)等誘因的干擾形成誤差。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與討論下邊是我在實(shí)驗(yàn)中遇見的故障及解決方案不完整的干涉圖樣研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告——邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)：轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪時(shí)干涉圖樣會(huì)上下聯(lián)通緣由及解決方式：當(dāng)滑軌是光滑平整的時(shí)侯上述問題形成的緣由是因?yàn)榉止獍錚1直于水平面導(dǎo)致的。當(dāng)分光板P1不垂直水平面時(shí),光線(1)將不平行于水平面。M1聯(lián)通歲月線(1)和光線(2)在分光板上的光斑寬度將發(fā)生變化促使干涉圖樣會(huì)上下聯(lián)通解決方式如圖3所示，首先卸掉平面反射鏡之后用兩束處于同一水平面的相互垂直的激光束入射分光板P1，其中光束（2）是透過(guò)分光板的，它的光斑只會(huì)發(fā)生一些縱向聯(lián)通，而光束（1）是在半反半透膜上發(fā)生反射的。若分光板P1有微小的角度變化，則它的光斑將有特別大的位移。通過(guò)調(diào)節(jié)分光板上的兩個(gè)螺栓，致使當(dāng)光束（1）和（2）的光斑處于同一水平面，再調(diào)節(jié)分光板上的銷釘促使光束(1)和光束(2)的光斑重合，分光板P1就垂直水平面了，且光束（1）和分光板P1傾角精確為45問題：干涉圖樣不圓整，不規(guī)則。緣由及解決方式出現(xiàn)如圖4所示的情況是因?yàn)榉止獍錚1和補(bǔ)償板P2不平行導(dǎo)致的當(dāng)P1和P2不平行時(shí)，補(bǔ)償板P2所補(bǔ)償?shù)墓獬毯退璧墓獬虒⒉灰恢拢斐筛缮嫦嚅L(zhǎng)和相消的區(qū)域有變化促使干涉圖樣不圓整，不規(guī)則，用圖所示的激光束入射分光板和償板，經(jīng)過(guò)平面鏡M2反射后的光束會(huì)由分光板P1和補(bǔ)償板P2的反射而得到光束（1）和光束（2）通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)償板P2上的銷釘促使光束(1)和光束(2)平行,則分光板P1和補(bǔ)償板P2將平行問題3：干涉白色過(guò)分細(xì)、密，無(wú)法觀察計(jì)數(shù)緣由及解決方式:這是因?yàn)镸2ˊ與M1的距離過(guò)大造成的，可適當(dāng)降低距離問題：轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪,但干涉圓環(huán)無(wú)“涌出”陷入”。
緣由及解決方式:出現(xiàn)這些情況通常都是因?yàn)閭鲃?dòng)系統(tǒng)的問題,若是讀數(shù)窗口中的讀數(shù)無(wú)變化,則是由于微動(dòng)手輪早已無(wú)效。這時(shí)只須要將微動(dòng)手輪上的鎖緊螺絲鎖緊即可。是讀數(shù)窗口中的讀數(shù)有變化，而干涉圓環(huán)無(wú)“涌出”陷入”，則是由于粗動(dòng)手輪的鎖緊螺絲須要鎖緊。問題5：調(diào)節(jié)M1和M2的傾角卻調(diào)不出干涉圖樣。緣由及解決方式：出現(xiàn)此現(xiàn)象是照明光軸不在視場(chǎng)中間或照明光軸和反射鏡M2不垂直.如圖所示,卸掉擴(kuò)束透鏡，讓激光器發(fā)出的激光束照射到反射鏡M2的中間，找到反射像后，通過(guò)聯(lián)通激光器或整體聯(lián)通邁克爾遜干涉儀促使反射像回到激光器的發(fā)光孔。這樣照明光軸就會(huì)和平面反射鏡垂直。研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告——邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)問題6讀數(shù)系統(tǒng)不確切緣由及解決方式：邁克爾遜干涉儀的讀數(shù)系統(tǒng)由三部份構(gòu)成：主尺讀數(shù)，讀數(shù)窗口讀數(shù)，微動(dòng)手輪讀數(shù)。當(dāng)M1的滑塊上的讀數(shù)刻線和主尺的某一條刻線重合時(shí)，讀數(shù)窗口讀數(shù)應(yīng)為零。微動(dòng)手輪讀數(shù)也應(yīng)為零，對(duì)于讀數(shù)系統(tǒng)不確切的解決光的反射實(shí)驗(yàn)器材，需首先用粗動(dòng)手輪把讀數(shù)窗口的讀數(shù)調(diào)為零，握住平面鏡M1的滑塊上的讀數(shù)尺，將刻線調(diào)到和主尺的某一條刻線重合。這時(shí)主尺上的讀數(shù)和讀數(shù)窗口中的讀數(shù)就保持同步了。
對(duì)于讀數(shù)窗口中的讀數(shù)和微動(dòng)手輪讀數(shù)的不同步。我們可以把微動(dòng)手輪順秒針轉(zhuǎn)至零刻度后，再順秒針轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪把讀數(shù)窗口中的讀數(shù)調(diào)為一整數(shù)刻度，完成了整個(gè)讀數(shù)系統(tǒng)的校正問題。偏差剖析：該實(shí)驗(yàn)偏差主要有以下幾個(gè)方面因?yàn)榭偣岔氁獢?shù)1000個(gè)白色變化，很容易出現(xiàn)計(jì)數(shù)偏差，這要求實(shí)驗(yàn)者須要認(rèn)真計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中兩個(gè)反射鏡M1和M2不是嚴(yán)格的垂直造成的偏差。因?yàn)槿搜奂皟x器本身的限制，很難做到使兩個(gè)反射鏡絕對(duì)的垂直。若M1和M2不是嚴(yán)格的垂直，則產(chǎn)生的是等厚干涉白色，此時(shí)再用等傾干涉公式來(lái)估算會(huì)有偏差。讀數(shù)系統(tǒng)的偏差，此偏差里面早已估算。看法：邁克爾遜和莫雷以邁克爾遜干涉儀為基礎(chǔ)共同進(jìn)行了知名的邁克耳遜－莫雷實(shí)驗(yàn)，這個(gè)試驗(yàn)排除了以太的存在，為狹義相對(duì)論的誕生提供了基礎(chǔ)，同時(shí)邁克爾遜也因而獲得1907年的諾貝爾獎(jiǎng)，足可見邁克爾遜干涉儀的重要性。時(shí)至