迈克耳孙干涉仪实验报告

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1、实验名称：迈克耳孙干涉仪实验日期：2010.12.7实验人：缪盈盈实验目的：1．了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构及调节方法.2．研究定域干涉、非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及光源的时间相干性、空间相干性.3．利用迈克耳孙干涉仪测量氦氖激光的波长.实验原理：迈克耳孙干涉仪主要由两个相互垂直的全反射镜M1、M2和一个45°放置的半反射镜M组成．不同的光源会形成不同的干涉情况．1．当光源为单色点光源时，它发出的光被M分为光强大致相同的两束光(1)和(2)，如图6-22所示．其中光束(1)相当于从虚像S’发出．再经M1反射，成像于S’1；光束(2)相当于从虚像S’发

2、出，再经M’2反射成像于S’2(M’2是M2关于M所成的像).因此，单色点光源经过迈克耳孙干涉仪中两反射镜的反射光，可看作是从S’1和S’2发出的两束相干光．在观察屏上，S’1与S’2的连线所通过点P0的程差为2d，而在观察屏上其他点P的程差约为2dcosi(其中d是M1与M’2的距离，i是光线对M1或M’2的入射角)．因而干涉条纹是以P0为圆心的一组同心圆，中心级次高，周围级次低．若M1与M2的夹角偏离90°，则干涉条纹的圆心可偏出观察屏以外，在屏上看到弧状条纹；若偏离更大而d又很小，S’1与S’2的连线几乎与观察屏平行，则相当于杨氏双孔干涉，条纹近似为

3、直线．无论干涉条纹形状如何，只要观察屏在S’1与S’2发出的两束光的交叠区，都可看到干涉条纹，所以这种干涉称为“非定域干涉”.2．如果改用单色面光源照明，情况就不同了，如图6－23所示．由于面光源上不同点所发的光是不相干的，若把面光源看成许多点光源的集合，则这些点光源所分别形成的干涉条纹位置不同，它们相互叠加而最终变成模糊一片，因而在一般情况下将看不到干涉条纹．只有以下两种情况是例外：①M1与M2严格垂直，即M1与M’2严格平行，而把观察屏放在透镜的焦平面上，如图6—23(a)所示．此时，从面光源上任一点Ｓ发出的光经M1和M2反射后形成的两束相干光是平行的

4、，它们在观察屏上相遇的光程差均为2dcosi，因而可看到清晰而明亮的圆形干涉条纹．由于d是恒定的，干涉条纹是倾角i为常数的轨迹，故称为“等倾干涉条纹”.②M1与M2并不严格垂直，即M1与M’2有一个小夹角α．可以证明，此时从面光源上任一点S发出的光经M1和M2反射后形成的两束相干光相交于M1或M2的附近．因此，若把观察屏放在M1或M2对于透镜所成的像平面附近，如图6—23(b)所示，就可以看到面光源干涉所形成的条纹.如果夹角α较大而i角变化不大，则条纹基本上是厚度d为常数的轨迹，因而称为“等厚干涉条纹”．显然，这两种情况部只在透镜的焦平面或像平面上才能看到

5、清晰的条纹，因而是“定域干涉”.3．如果用非单色的白光为光源，情况更不相同．无论是点光源或面光源，要看到干涉条纹，必须满足光程差小于光源的相干长度的要求，即2dcosi＜ΔL．对于具有连续光谱的白光，ΔL极小，因而仅d≈0时，才能看到彩色的干涉条纹．这虽然为观察白光条纹带来了困难，却为正确判断d=0的位置提供了一种很好的实验手段．实验内容：一、观察与分析He-Ne激光器的非定域干涉现象：1．调节He-Ne激光器和迈克耳孙干涉仪的相对位置，使光束分别大致照在M1和M2的中央；调节激光器下的螺丝或干涉仪的底座螺丝(但不要调节M1背面的螺丝)，使从M1反射的光点

6、返回激光出射处，此时Ml与它的入射光大致垂直.从M1反射的光点有三点，应使其中最亮的一点返回激光出射处.2．调节M2后的三个螺丝，使M2反射的光点也返回激光出射处．(也有三点，应使其中最亮的一点返回．)此时M2也与它的入射光大致垂直，并与M1大致垂直．在观察屏处观察，两个最亮的光斑应相互重合．为了看清是否重合，可把观察屏移远些，其至取下观察屏让光束照在墙壁上.3．在激光器前放一个短焦距透镜，使光束扩大而能大致照亮整个反射镜．于是在观察屏上应可看到干涉条纹，记下干涉条纹的形状及条纹宽度等大致情况.4．前后改变观察屏的位置，观察条纹是否都清晰?由此推断该条纹是

7、否定域．5．继续调节M2的方向并前后改变Ml的位置，使干涉条纹成为圆形．观察并记录圆条纹是如何随Ml的位置而变化的？分析其变化的原因，并由此推论是Ml在前还是M’2在前(以离观察者近为前、远为后)？在条纹长出的方向移动Ml约4—5mm，(注意勿使M1的位置超过它的可移动范围)观察并记录条纹宽度有何变化?试解释这种变化.6．在视场中有若干个圆条纹的情况下，微调M1，使条纹陷入或长出20-50条，记下M1移动的距离Δd，由2Δd=mλ估算出激光的波长．(注意：微调轮有相当大的螺距误差，要注意消除.)7．向圆条纹陷入的方向调节Ml，(粗调)直至圆条纹逐渐变为直条

8、纹，并开始向反方向弯曲记下条纹既宽又直时M1的位置Ml0的大致范围