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1、第六章提高性与应用性实验实验6-１迈克耳逊干涉实验【实验目得】1.掌握迈克耳逊干涉仪得原理、结构及调节方法。2.使用迈克耳逊干涉仪测量Ｈe-Ne激光得波长。【实验原理】迈克耳逊干涉仪主要由两个相互垂直得全反射镜与一个放置得半反射镜组成。不同得光源会形成不同得干涉情况.当光源为单色点光源时，它发出得光被分为光强大致相同得两束光（1）与(2）,如图6-１—１所示。其中光束(1）相当于从虚像(点光源相对于半反射镜所成得虚像）发出,再经反射，成像于;光束（2）相当于从虚像发出，再经反射成像于(就是关于M所成得像)。因此，单色点光源经过迈克耳逊干涉仪中两反射镜得反射光，
2、可瞧作就是从与发出得两束相干光。在观察屏上,与得连线所通过点得程差为2d,而在观察屏上其她点P得程差约为(其中就是与得距离,就是光线对或得入射角).因而干涉条纹就是以为圆心得一组同心圆,中心级次高,周围级次低.若与得夹角偏离,则干涉条纹得圆心可偏出观察屏以外,在屏上瞧到弧状条纹;若偏离更大而d又很小,与得连线几乎与观察屏平行,则相当于杨氏双孔干涉,条纹近似为直线。无论干涉条纹图6-1-1形状如何,只要观察屏在与发出得两束光得交叠区，都可瞧到干涉条纹,所以这种干涉称为“非定域干涉”。如果改用单色面光源照明,情况就不同了,如图6－1-2所示。由于面光源上不同点所发
3、得光就是不相干得,若把面光源瞧成许多点光源得集合，则这些点光源所分别形成得干涉条纹位置不同，它们相互叠加而最终变成模糊一片,因而在一般情况下将瞧不到干涉条纹。只有以下两种情况就是例外：①与严格垂直,即与严格平行，而把观察屏放在透镜得焦平面上，此时，从面光源上任一点发出得光经与反射后形成得两束相干光就是平行得,它们在观察屏上相遇得光程差均为因而可瞧到清晰而明亮得圆形干涉条纹。由于就是恒定得,干涉条纹就是倾角为常数得轨迹，故称为“等倾干涉条纹＂。②与并不严格垂直,即与有一个小夹角。可以证明。此时从面光源上任一点S发出得光经与反射后形成得两束相干光相交于或得附近。因
4、此，若把观察屏放在或对于透镜所成得像图6-1-2平面附近,就可以瞧到面光源干涉所形成得条纹。如果夹角较大而角变化不大，则条纹基本上就是厚度为常数得轨迹,因而称为“等厚干涉条纹”。显然,这两种情况都只在透镜得焦平面或像平面上才能瞧到清晰得条纹,因而就是“定域干涉”。如果用非单色得白光为光源,情况更不相同。无论就是点光源或面光源,要瞧到干涉条纹,必须满足光程差小于光源得相干长度得要求,即<，对于具有连续光谱得白光,极小，因而仅当时,才能瞧到彩色得干涉条纹。这虽然为观察白光条纹带来了困难,却为正确判断得位置提供了一种很好得实验手段.【实验仪器】迈克耳逊干涉仪，激光发
5、射器,扩束镜。实际得迈克耳逊干涉仪如图６－1－3所示。反射镜装在带有一条刻度线得滑块上,滑块通过精密丝杆可在一根导轨上滑动,导轨上有0～1０0mｍ得刻度。旋转粗调手轮,可使在导轨上前后移动,手轮与一个大刻度盘连接,刻度盘得刻度可从观察窗读出。粗调手轮得右边还有一个微调轮，上有小刻度盘。大、小刻度盘上均有100个刻度，大盘得一格对应于移动0.01mｍ;小盘得一格对应于移动0、000lmm。固定反射镜得前后位置不可移动。它得背面有三个滚花螺丝，用来调节它得方向（粗调)；它得下面还有两个微调螺丝，分别可在x方向或y方向进行微调。反射镜得背面虽然也有三个滚花螺丝，但已
6、调好（与成°角,与它在精密丝杆上得运动方向垂直），实验中不要动它们．观察屏就是一块毛玻璃，可前后移动,也可取下,整个干涉仪安装在底座上,有三个底座螺丝,可调节它得水平位置．为了保证半反射镜平整而不变形，它常用较厚得玻璃板镀半反膜制成,如图中所示.这使光束(1)与光束（2）明显得不对称：光束（１）经过该玻璃板三次而光束(2）只经过一次;并且在光束(1)与图6-1-3光束(2)中,上下偏离中心角与左右偏离中心角得光束经过玻璃板得光程差也就是不同得。这就使平行时等角光束得光程差不相等,因而瞧到得条纹将不就是圆形得而可能就是椭圆形得;更严重得就是由于玻璃得色散,各种波
7、长得光通过玻璃板所经历得光程相差甚远，因而白光得干涉条纹无法形成.为了解决这一问题,迈克耳逊在半反射镜得右侧加了一块与半反射镜玻璃板完全相同且平行放置得玻璃板,称为“补偿板”,如图6—1-3所示。它补偿了(1)、(２）两光束在玻璃板中经历得光程差，从而使半反镜玻璃板得影响得以消除。【实验内容与步骤】1.必做部分：观察与分析Hｅ－Nｅ激光得非定域干涉现象,测量该激光得波长1)调节He—Ne激光器与迈克耳逊干涉仪得相对位置，使光束分别大致照在与得中央;调节激光器下得螺丝或干涉仪得底座螺丝（但不要调节背面得螺丝)，使从反射得光点返回激光出射处,此时与它得入射光大致垂
8、直(为什么?)。从反射得光点有三点，应
