迈克尔逊干涉仪调整和使用

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1、迈克尔逊干涉仪的调整和使用一、实验目的：（1）了解迈克尔逊干涉仪的原理结构，学习调节和使用方法。（2）观察等倾,等厚干涉现象。（3）测量He-Ne激光波长。读数窗分光板光阑孔观察屏二、实验仪器：补偿板补偿微调手轮固定反射镜移动反射镜粗调手轮迈克尔逊干涉仪He－Ne激光器三、实验原理：图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。光源上一点发出的光线射到半透明层K上被分为两部分光线“1”和“2”。光线“2”射到M2上被反射回来后，透过G1到达E处；光线“1”透过G2射到M1，被M1反射回来后再透过G2射到K上，反射到达E处。这

2、两条光线是由一条光线分出来的，故它们是相干光。光线“1”也可看作是从M1在半透明层中的虚像M1ˊ反射来的。在研究干涉时，M1ˊ与M1是等效的。调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象可以等效为M1ˊ与M2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源，它向空间发射球面波，从反射后可看成由两个光源发出的（见图2），至屏的距离分别为点光源S从反射至屏的光程，的距离为M1ˊ和M2之间距离的二倍，图2非定域干涉M1M2激光器EG1G2图1迈克尔逊干涉仪2k1即2。虚光源发出的球面波在它们相遇的空间处处

3、相干，这种干涉是非定域干涉。如果把屏垂直于的连线放置，则我们可以看到一组同心圆，圆心就是连线与屏的交点。如图2，由到屏上的任一点A，两光线的程差可得：（1）由式（1）可知：（1）当时程差最大，即圆心E点所对应的干涉级别最高。当移动的距离增大时，圆心干涉级数越来越高，我们就可以看到圆条纹一个一个从中心“冒”出来，反之当d减小时，圆条纹一个一个地向中心“缩”进去。每当“冒”出或“缩”进一条条纹时，就增加或减小，所以测出“冒出”或“缩进”的条纹数目，由已知波长就可求得移动的距离，这就是利用干涉测长法；反之，若已知移动的

4、距离，则就可求得波长，它们的关系为：（2）即（3）（2）增大时，程差每改变一个波长所需的的变化值减小，即两亮环（或两暗环）之间的间隔变小。看上去条纹变细变密。反之减小，条纹变粗变稀。四、实验步骤：1.仪器的调节（1）使He-Ne激光束大致垂直于M1，即调节He-Ne激光器高低左右位置，使反射回来的光束按原路返回。（2）装上观察屏E，可看到分别由M1和M2反射至屏的两排光点，每排四个光点，中间两个比较亮，旁边两个比较暗。调节M1和M2背面的三个螺钉，使两排光点一一重合，这时M1与M2大致互相垂直。（3）用He-Ne

5、激光器照在G1上，此时一般在屏上会出现干涉条纹，再调节细调拉簧微动螺钉，使能看到位置适中、清晰的圆环状非定域干涉条纹。观察条纹变化。转动粗调手轮，可看到条纹的“冒出”或“缩进”。判别M1ˊM2之间的距离d是变大还是变小。2.测量He-Ne激光波长仔细转动微调鼓轮，使条纹的变化处于“缩进”，当圆形条纹中间的一条缩为一暗点时，记录读数d；再向同一方向转动微调鼓轮，同时读取条纹变化的数目，每次数到50记录一次读数，共测量10组数据。每次测量时，也都使中间的一条暗纹刚好缩为一暗点时，再记录读数。应用逐差法加以处理，求出每

6、冒出Δk条条纹时所对应的Δd的值，代入式(3)计算λ，写出结果表达式。五、数据记录：圈数位置10250310041505200625073008350940010450六、数据处理：（1）求。（2）求。结果表达式：七、注意事项：1.转动微动鼓轮时，手轮随着转动，但转动手轮时，鼓轮并不随着转动。因此在读数前应先调整零点，方法如下；将鼓轮15沿某一方向(例如顺时针方向)旋转至零，然后以同方向转动手轮13使之对齐某一刻度。这以后，在测量时只能仍以同方向转动鼓轮使C镜移动，这样才能使手轮与鼓轮二者读数相互配合。2.为了

7、使测量结果正确，必须避免引入空程，也就是说，在调整好零点以后，应将鼓轮按原方向转几圈，直到干涉条纹开始移动以后，才可开始读数测量。为了消除螺距差（空程差），调节中，粗调手轮和微调鼓轮要向同一方向转动；测量读数时，微调鼓轮也要向一个方向转动，中途不得倒退。这里所谓“同一方向”，是指始终顺时针，或始终逆时针旋转。3.迈克耳逊干涉仪是精密的光学仪器，必须小心爱护。G1，G2，M1，M2的表面不能用手触摸，不能任意擦揩，表面不清洁时应请指导老师处理。实验操作前，对各个螺丝的作用及调节方法，一定要弄清楚，然后才能动手操作。

8、调节时动作一定要轻缓。4.测量调节中，有时会出现“空转”现象，即转动微调鼓轮而干涉图像不变的情况，这是由于微调鼓轮和粗调手轮没有同步，没有带动反射镜M2（动镜）移动所致。此时，将粗调手轮转动一下，再向同一方向转动微调鼓轮即可。5.做本实验时，要特别注意保持安静，不得大声喧哗，不得随意离开座位来回走动，以免引起振动影响本人及其他同学实验。八、思考题：1）迈克尔逊干涉仪中的G