迈克尔逊干涉仪的调整和使用.doc

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1、迈克尔逊干涉仪的调整和使用迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊（1852-1931年）在上世纪后期提出的，利用分振幅法产生双光束以实现干涉的一种仪器。迈克尔逊与其合作者曾用此仪器进行了三项著名的实验，即测量光速、标定米尺及推断光谱线精细结构。迈克尔逊运用它进行了大量的反复的实验，动摇了经典物理的以太说，为相对论的提出奠定了实验基础。该仪器设计精巧，用途广泛，不少其它干涉仪均由此派生出来，是许多近代干涉仪的原型。迈克尔逊也因发明干涉仪和光速的测量而获得1907年的诺贝尔物理学奖。直至今日，迈克尔逊干涉仪仍被广泛地应用于长度精密计量和光学平面的质量检

2、验（可精确到十分之一波长左右）及高分辨率的光谱分析中。[一]实验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法。2.观察等倾干涉，等厚干涉的条纹，并能区别定域干涉和非定域干涉。3.测定He-Ne激光的波长。[二]实验仪器1.迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的构造如图33-1。其主要由精密的机械传动系统和四片精细磨制的光学镜片组成。和是两块几何形状、物理性能相同的平行平面玻璃。其中的第二面镀有半透明铬膜，称其为分光板，它可使入射光分成振幅（即光强）近似相等的一束透射光和一束反射光。起补偿光程作用，称其为补偿板。和是两块表面镀铬加氧化硅

3、保护膜的反射镜。是固定在仪器上的，称其为固定反射镜，装在可由导轨前后移动的拖板上，称其为移动反射镜。迈克尔逊干涉仪装置的特点是光源、反射镜、接收器（观察者）各处一方，分得很开，可以根据需要在光路中很方便的插入其它器件。和镜架背后各有三个调节螺丝，可用来调节的倾斜方位。这三个调节螺丝在调整干涉仪前均应先均匀地拧几圈（因每次实验后为保证其不受应力影响而损坏反射镜都将调节螺丝拧松了），但不能过紧，以免减小调整范围。同时也可通过调节水平拉簧螺丝与垂直拉簧螺丝使干涉图像作上下和左右移动。而仪器水平还可通过调整底座上三个水平调节螺丝来达到。图33

4、-11——主尺2——反射镜调节螺丝3——移动反射镜4——分光板5——补偿板6——固定反射镜7——读数窗8——水平拉簧螺钉9——粗调手轮10——屏11——底座水平调节螺丝确定移动反射镜的位置有三个读数装置：①主尺——在导轨的侧面，最小刻度为毫米，如图：②读数窗——可读到0.01mm，如图：③带刻度盘的微调手轮，可读到0.0001mm，估读到10mm，如图：1.迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路如图33-2。图33-2光源上一点发出的一束光线经分光板而被分为两束光线（1）和（2）。这两束光线分别射向互相垂直的全反射镜，经反射后又汇于

5、分光板，这两束光再次被分束，它们各有一束按原路返回光源（设两光束分别垂直于、），同时各有一束光线朝E方向射出。由于光线（1）和（2）为两相干光束，因此我们可在E的方向观察到干涉条纹。为补偿板，它的引进使两束相干光的光程差完全与波长无关（由于分光板的色散作用，光程是的函数，因此作定量的检测时，没有补偿板的干涉仪只能用准单色光源，有了补偿板就可消除色散的影响。即使是带宽很宽的光源也会产生可分辨的条纹），且保证了光束（1）和（2）在玻璃中的光程完全相同，因而对不同的色光都完全可将等效为。在图33-2中，是反射镜反射所成的虚像。从E处看两相干

6、光是从反射而来。因此在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉与间空气膜所产生的干涉是一样的。[三]实验原理1.点光源产生的非定域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33-3），至屏的距离分别为点光源S从反射在至屏的光程，的距离为距离的二倍，即2。虚光源发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，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组同心圆，圆心就是连线与屏的交点。图33-3如图33-3，由到屏上的任一点A，两光线的程差可得：（33-1）由式（33-1）可知：（

7、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，若已知移动的距离，则就可求得波长，它们的关系为：（33-2）（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。1.扩展的面光源

8、产生的定域干涉当光源为扩展光源时，干涉条纹都有一定的位置。这种干涉称为定域干涉。对于定域干涉中等倾干涉条纹，定位于无穷远，而定域干涉中的等厚干涉条纹，定位于镜面附近（亦即薄膜干涉中的薄膜表层附近）。（1）等倾干涉当和互相