迈克尔逊干涉实验教学

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1、迈克尔逊干涉汪涛王晓苏一、实验的重点、难点与关键技能1.介绍迈克尔逊干涉仪结构原理迈克尔逊干涉仪光路如图所示，点光源S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。M1为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微

2、调螺丝。M2为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。2.可动全反镜移动及读数   可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为：××.□□△△△ (mm)（1）××在mm刻度尺上读出。（2）粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，□□由读数窗口内刻度盘读出。（3）微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即可动全反镜移动0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。△△△由微动手轮上刻度读出。注意螺距差的影响。  3.讲述及演示干涉仪调节

3、方法，调出圆形干涉条纹。 4.讲述及演示激光波长测试原理及方法。在调出圆形干涉条纹的情况下，转动微调手轮，移动M1，可以看到条纹由中心向外涌出（或向中心涌入），在条纹开始涌出（或涌入）时，记下M1的位置d1。再继续移动M1同时开始计数，当条纹涌出（或涌入）条纹数N为100个时，记下M1的位置d2。计算出Δd=

4、d2-d1

5、，由公式                                                    计算出半导体激光波长λ。测量三次取平均，有效数字取三位。  5.强调实验注意事项1．迈克耳逊干涉仪是精密的光学仪器，必须小心爱护

6、。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。调节时动作一定要轻缓。2．转动手轮时要缓慢、均匀。3．为了防止引进回程差(螺距差)，每项测量时必须沿同一方向转动手轮，途中不能倒退。4．在用激光器测波长时，M1镜的位置应保持在30—60毫米范围内。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。一、例题1、总结迈克尔逊干涉仪的调整要点及规律。答：调整迈氏干涉仪的要点及规律如下：①迈氏干涉

7、仪导轨水平（调迈氏仪底脚螺丝）；②激光束水平并垂直于干涉仪导轨，且应反射到M１、M２反射镜中部；③M１与M２/应平行，即M１与M２垂直。通过调节M２背面的螺丝，使两排光点中，最亮的两点重合。④加入短焦距透镜，观察到干涉条纹后，在调出圆形条纹的过程中，需根据条纹的形状来判断M１与M２的相对倾度，分别调节M２的两个微调拉簧。2、用等厚干涉的光程差公式说明，当d增大时，干涉条纹由直变弯。答：根据在M1与M2/的交线处，d=0，δ=0，对应的干涉条纹称中央明纹。在交线两侧附近，因d和θ都很小，上式中dθ２可忽略，δ=2d，所以条纹近似直线。而离交线较远处，dθ２不能

8、忽略，所以干涉条纹随d的增大而由直变弯。一、练习题1.迈克尔逊干涉仪的分光形式是：(1)分振幅方式(2)分波阵面方式2.迈氏干涉仪的读数误差是(1)0.0001mm(2)0.00001mm3.迈氏干涉仪的两臂的光程基本相等时，对应的干涉条纹是(1).圆形条纹(2).直条纹4.条纹的“涌出”，说明形成干涉的空气“薄膜”是(1).变薄(2).变厚.5.迈克尔逊等倾干涉圆环中心环的干涉级次比外边的(1).高(2).低.6.白光条纹是(1).定域条纹(2).非定域条纹.7.激光条纹是(1).定域条纹(2).非定域条纹.8.观察定域条纹的方法是(1).用眼睛直接观察.

9、(2).用毛玻璃接收.9.在单色光干涉的条件下，去掉补偿镜是否影响实验的正常进行？1.测He-Ne激光波长时，要求n尽可能大，为什么？2.如果去掉干涉仪中的补偿板，对哪些测量有影响？哪些测量无影响？3.白光干涉条纹的出现必须在两臂基本相等的条件下，为什么？4.为什么向“等光程”状态调节时，圆条纹变粗变疏？5.迈克尔逊干涉仪中的圆状干涉条纹与牛顿环的性质是否相同？为什么？6.为什么在测量过程中，微调鼓轮的转动方向不能中途改变？7.怎样利用干涉条纹的“涌出”和“陷入”来测定光波的波长？8.调节迈克尔逊干涉仪时看到的亮点为什么是两排而不是两个?9.请自行设计方案（

10、1）测钠黄光波长及钠黄光双线的波长差，观测条纹可见度