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迈克尔逊干涉仪(教案)
●历史:迈克3个实验,获奖。要有学习研究的态度
理论课没有讲过,开课首先需讲解的内容:
1.两束相干光在空间相遇产生干涉,为何普通光源发出的光相遇处没相干现象?
相干条件(学生已学)?(两束光频率、振动方向相同,相位差恒定)。
2.引入光程概念:考虑光在不同介质折射效应后,折合在真空中的传播路径。
两束光相遇处的光程差△:
△为λ/2的奇数倍时,两束光的振动相位相反,迭加光强最小(暗条纹)
△为λ/2的偶数倍时,两束光的振动相位相同,迭加光强最大(明条纹)
3.本实验如何实现两束相干光?
用632.8nm氦氖激光,
对照光路图2和仪器理解一束氦氖激光分成两束相干光在空间相遇,
两束相干光的△与M1、M2’之间的距离d有关,
4. M1、M2’平行时,看到圆条纹,等倾条纹(严格的等倾条纹难调出)
M1、M2’不平行时,看到直条纹或弯条纹,等厚条纹
5. M1、M2’ 的d↓─→ △↓ ─→ 条纹数↓─→ 环心不断吞进。
M1、M2’ 的d↑─→ △↑ ─→ 条纹数↑─→ 环心不断吐出。
6.非定域干涉(用点光源,相遇空间处处可见条纹)
定域干涉(用面光源,无数点光源的集合,特定位置可见条纹)

注意事项:
1. 眼睛不要正对光源、不要触摸激光电极。
2. 各旋钮不能死拧 (3+3+2螺丝先置中位),如果2微调螺丝空转,尽早请求
帮助。手不触摸镜片、实验后套保护罩。
操作必要的交代
1. 光路调整:(如果3+3+2螺丝位置空转,实验中还会出问题,抗震性差)
①准备:3+3+2螺丝先置中位,M1、M2距离相同,32cm
②粗调:使M1、M2’基本平行。先调激光器方向正射M2中部(之后不动)
后调M1并辅调M2,使两光点重合。
③细调: M1、M2’之间的平行度如何调?(3+3螺丝+2微调)
M1、M2’之间的距离(调到3个完整圆)如何调?(大小手轮)
2. 点光源、面光源如何实现?
激光源和特点?(相干性好,单色+方向性,LM约几米~几公里)
点光源和非定域干涉原理和光路实现,屏幕移动均可看到。
面光源和定域干涉原理和光路实现以及观察方法,定位在空气薄膜附近。
3. 测波长数据采集量大,为避免数据有误而返工,可测量15组左右待选。
4. 空程差的解释与避免和校正读数

操作提示:
1. 自我判定数据正确
2. 根据条纹吞吐情况决定镜面的行进方向。
3. 白光(等光程位置在33.8mm附近,Lm约5μm 即半圈小手轮)
利用定性观察定域图象的条件,加用白光,可判定M1、M2’重合位置。
教师现场实验指导
基本实验:
1. 旋钮动作要轻,不能死旋
调光路前,先将M2的镜面微调旋钮6旋在中位。
2. 与学生讨论实验中如何实现点光源,面光源条件,
激光束是近似平行光,有部分学生易理解为点光源。
3. 实验中眼睛不要正对激光束。
4. 检查学生是否会校正读数装置,读数方法是否正确
5. 检查学生实验数据
测氦氖激光波长时,每600圈条纹对应的 值,应在0.01mm位上数据一致,否则是学生数条纹的错误多或手轮方向操作错误(引入了空程差)。

? 小课题:
引导学生现象观察中注意多提问、多观察、多对比
1. 钠光定域干涉图象清晰度不如激光(谱线宽 较激光大)且移动M1位置应该有清晰度周期性变化现象(钠光双谱线结构引起)。
2. 白光干涉图象必须在前面的实验理解较好的基础上才能通过一些辅助判定方式很快找到,否则大海捞针。
白光相干长度Lm只有5μm左右(半圈小手轮)只有在 相交或重叠时才可能看到要找的 重合位置,应借助于激光干涉图样,激光、白光同时照在光路中, 不重合时只看到激光干涉条纹,从干涉条纹的吞吐情况判定大、小手轮如何调节,在接近白光干涉区附近时,小手轮的调节要缓慢,否则条纹一晃而过,难于察觉。
3. 数据检查
白光Lm=0.006 mm钠光Lm=1~2cm
钠光相邻视见度为零对应的

学生实验中可能出现的问题及处理办法:
1.有学生粗调光路较为顺利,但细调后找不到干涉条纹,原因可能是:
① 光程差太大;
② 之间夹角过大。
M1在标尺的3~4cm处较适合,(200型干涉仪)。
2. 如果原激光干涉光路中看到干涉图象,换用钠光灯后看不到,可能原因是:
① 光程差过大;
② 正好处于清晰度为零的情况。
3. 干涉环有可能出现不圆正的情况,原因可能是:
① 分光板膜层面反向
② 两组出射光瞳错位
③ 分光板、补偿板、移动镜及参考镜有压应力。
4. 读数空位大于0.03mm,原因可能为:
① 传动螺母和丝杠的配合间隙大;时间长,有磨损;
② 拖板体下面的顶块间隙偏大;
③ 档板与导轨配合太松。
5. 如果出现白光干涉条纹不对称现象,其中的原因可能是:受运输冲击或使用中碰过分光板和补偿板,两块板平行度已被破坏。
6. 还有可能有转动微动手轮时拖板不走的现象发生,其原因可能为:
① 传动小齿轮压紧螺母松,使盆形弹簧片无压紧力,造成蜗轮空转
② 微动手轮压紧螺母松。

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