迈克耳孙干涉仪的调整和使用

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1、南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：迈克耳孙干涉仪学院：资源环境与化工学院专业班级：过控151学生姓名：吴东亮学号：5801415020实验地点：基础实验大楼308座位号：13实验时间：第6周星期日上午10：10点开始一、实验目的1．了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构和调整方法。 2．观察等倾和等厚干涉条纹，了解其形成条件、条纹分布特点及条纹的变化。3．测量He-Ne激光的波长。二、仪器简介迈克耳孙干涉仪，He-Ne激光器，电源，小孔光阑，扩束镜，毛玻璃屏{随着应用的需要，迈克耳逊干涉仪有多种多样的形式，其基本光路如图4.7.1所示。图中S为光源，A、B为平行平面

2、玻璃板，A称为分束镜，在它的一个表面镀有半反射金属膜M，B称为补偿板。C、D为互相垂直的平面镜。A、B与C、D均成45°角。图4.7.1迈克耳逊干涉仪光路示意图图4.7.2迈克耳逊干涉仪的结构图从面光源S发出的一束光，在平行平面玻璃板A的半反射面M上被分成反射光束1和透射光束2。两束光的光强近似相等。光束1射出A后投向C镜，反射回来再穿过A，光束2经过B投向D镜，反射回来再通过B，在膜面M上反射。于是，这两束相干光在空间相遇并产生干涉，通过望远镜或人眼可以观察到干涉条纹。补偿板B的作用是补偿第一束光线因在A板中往返两次所多走的光程，使干涉仪对不同波长的光可同时满足等光程的要求。

3、因此A、B两板的折射率和厚度都应相同，而且二者应相互平行。为了确保它们的厚度和折射率完全相同，在制作时将同一块平行平面玻璃板分割为两块，一块作分束镜，一块作补偿板。迈克耳逊干涉仪的结构如图4.7.2所示。一个机械台面4固定在较重的铸铁底座2上，底座上有三个调节螺钉1，用来调节台面的水平。在台面上装有螺距为1毫米的精密丝杠3，丝杠的一端与齿轮系统12相连接，转动手轮13或微动鼓轮15都可使丝杠转动，从而使骑在丝杠上的C反射镜6沿着导轨5移动。C镜的位置及移动的距离可从装在台面3一侧的毫米标尺（图中未画出）、读数窗11及微动鼓轮15上读出。手轮13分为100分格，它每转过1分格，C

4、镜就平移1／100毫米（由读数窗读出）。微动鼓轮15每转一周，手轮随之转过1分格。鼓轮又分为100格，因此鼓轮转过1格，C镜平移10-4毫米，这样，最小读数可估计到10-5毫米。D镜8是固定在镜台上的。C、D二镜的后面各有三个螺钉7，可调节镜面的倾斜度。D镜台下面还有一个水平方向的拉簧螺丝14和一个垂直方向的拉簧螺丝16，其松紧使D镜台产生一极小的形变，从而可以对D镜的倾斜度作更精细的调节。9和10分别为分束镜A和补偿板B。C、D两镜面都镀了银，A的内表面为半反射面，也镀有银。各镜面必须保持清洁，切忌用手触摸，镜面一经沾污，仪器将受损而不能使用，因此，使用时要格外小心。精密丝杠

5、及导轨的精度也是很高的，如它们受损，同样会使仪器精度下降，甚至使仪器不能使用。因此，操作时动作要轻要慢，严禁粗鲁、急躁。在读数与测量时要注意以下两点：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。}三、实验原理4

6、.7.3.1等倾干涉花样的调整与单色光波长的测量1．产生干涉的等效光路如图4.7.3所示（图中未画补偿板B），观察者自O点向C镜看去，除直接看到C镜外，还可以看到D镜经A的膜面反射的像D'。这样，在观察者看来，两相干光束好像是同一束光分别经C和D'反射而来的。因此从光学上讲，迈克耳逊干涉仪所产生的干涉花样与C、D'间的空气层所产生的干涉是一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只要考虑C、D'两个面和它们之间的空气层。qq图4.7.3迈克耳逊干涉仪的等效光路图4.7.4两相干光的光程差的计算参考图2．等倾干涉花样的形成与单色光波长的测量当D镜垂直于C镜时，D'与C相互平行，相距为d。若

7、光束以同一倾角q入射在D'和C上，反射后形成1和2'两束相互平行的相干光，如图4.7.4所示。过P作PO垂直于光线2'。因C和D'之间为空气层，n»1，则两光束的光程差d为所以d=2dcosq（4.7.1）d固定时，由（4.7.1）式可以看出在倾角q相等的方向上两相干光束的光程差d均相等。具有相等的q的各方向光束形成一圆锥面，因此在无穷远处形成的等倾干涉条纹呈圆环形，这时眼睛对无穷远调焦就可以看到一系列的同心圆。q越小，干涉圆环的直径越小，它的级次k越高。在圆心处q=0，cosq的值最大，这