内容发布更新时间 : 2024/4/27 4:06:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

自组迈克耳孙干涉仪测量空气的折射率

【实验目的】

（1）学习组装迈克尔逊干涉仪，并掌握用以测气体折射率的原理及其方法。 （2）理解产生干涉的条件，掌握调节方法。

（3）在观察干涉条纹随气压变化的现象和规律的基础上，设计测量不同气压变化量引起的干涉

条纹的变化数的方法。 【实验仪器】

图1自组迈克耳孙干涉仪测量空气的折射率实物图

1、激光器

2、二维调整架（SZ-07） 3、扩束镜（f=15mm） 4、升降调整座（SZ-03） 5、三维平移底座（SZ-01） 6、分束镜（50%） 7、通用底座（SZ-04） 8、白屏（SZ-13）

9、二维调整架（SZ-07） 10、空气室 11、光源二维调节架 12、二维平移底座（SZ-02） 13、二维调整架（SZ-07） 14、平面反射镜（SZ-18） 15、二维平移底座（SZ-02） 16、二维平移底座（SZ-02）

17、平面反射镜

18、二维调整架（SZ-07）

【实验原理】

1．迈克尔逊干涉仪的典型光路

19、升降调整座（SZ-03） 20、精密电子气压计

由图2所示，光源S射出的光经过分光板G1被分成强度大致相等、沿不同方向传播的两束相干光束（1）和（2），它们分别经固定反射镜M1和移动反射镜M2反射后，返回分光板，射向观察系统，在一定的条件下，观察系统（屏，望远镜，或人眼）中将呈现出特定的干涉图样，由于分光板的玻璃基板有一定的厚度，其折射率随波长而异，因此需要在光路（1）中放入一块与分光板材料、厚度完全相同的平行玻璃补偿板G2，这样就可以使（1）、（2）两束光的光程差始终相等，且与入射光波长完全无关。当入射光为单色光而不需要确定零光程位置时，补偿板可以省略（本实验就是这种情况），如图3，但对于需要确定两路光程相等时的位置（又称零光程差位置）的某些实验，如观测白光干涉实验时，补偿板是必不可少的。

dM1’M2（2）sG1G2M1（1）

图2 迈克尔逊干涉仪光路示意图

dM1’M2M1G3s

图3 自组迈克尔逊干涉仪测空气折射率的光路示意图

2．等倾干涉

如图3所示，当M2与M1严格垂直，即M2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。 3．非定域干涉

若将短焦距的发散激光束入射至迈克尔逊干涉仪，经M1、M2反射后，相当于由两个相干性极好的虚光源S1和S2发出的球面波前形成的干涉。由于在M2与接收屏之间的空间中传播的光波处处相干，故干涉图象的形状与接收屏的位置和取向有关。当M2平行于M1’，接收屏垂

''SSSS2时，条纹为椭圆簇或直线簇；此外，干涉121直于时，条纹为同心圆环；当接收屏不垂直

环的吞吐，移动的规律与等倾干涉时相同。

在调出非定域圆条纹的基础上，将小气室插入到图1所示的位置中，把小气室加压，使气压变化

?P1，从而使气体的折射率改变?n。当气室内压逐渐升高时，气室所在范围内光程差变

化2D?n，在白屏上可观察到干涉条纹也在不断变化，记下干涉条纹变化的总数N条，则有

2D?n?N?，得式中D为小气室的厚度。

理论可以证明，当温度一定时，气压不太高时，气体折射率的变化量n与气压的变化量P成正比：

n?1?n???p常数 pn?1? 故

?n?N?2D?nP?P