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1、用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 引课： 在大学物理中我们学习了光的薄膜干涉，知道薄膜干涉现象分为两种： 等厚干涉 等倾干涉 在物理课上，我们只是从理论上研究了薄膜干涉的原理，那么在实验课上我们通过什么方法获得等倾或等厚干涉的图像呢？ * 迈克尔逊干涉仪 * *注意* 本实验只利用迈克尔逊干涉仪测量等倾干涉图像 正课： 实验目的与要求 迈克尔逊干涉仪的构造 迈克尔逊干涉仪的原理 迈克尔逊干涉仪的使用 1 用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 实验原理 1. 迈克尔逊干涉仪的构造 2. 迈克尔逊干涉仪的原理 (1) 光路图 光源S发出的光到 达分光
2、板G1后，被分成 振幅几乎相等 的反射光和透射光。光束向 着M前进，光束1 经过G2后向着M2前 进，这两束光分别在M1和M2上反射后逆 着各自的入射方向返 回，最后到达光屏E。 由于这两束光是来自 同一光源S的同一束光，因此他们是两列相 干光束，在E处必有干 涉图样形成。 2 图302 迈克尔逊干涉仪光路图 用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 由于光在分光板G1的第二面反射，使M2在M1附近形成以平行与M1的虚像M2，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M1和M2的反射就相当于M1和M2的反射。故迈克尔逊干涉仪产生的干涉等效于M1和M2所构成的虚光板产生的干涉，即相当于厚度为d的空气薄膜所产生的干涉。 图3
3、02 迈克尔逊干涉仪光路图 (2) 光程差的计算 M1和M2平行时，将观察屏垂直置于S1和S2连线处，就可以观察到等倾干涉圆环条纹。由于M1和M2之间为空气，图304 非定域等倾干涉 折射率n =1，故光程差 d=2dcosq。 并且有： kl-明条纹 d=2dcosq=(k+1/2)l-暗条纹3 用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 对光程差d作进一步的分析： 当d一定时，d之取决于入射角。 例如：在O点处，=0，d=2d为最大值，中心处干涉条纹的级次k最大，随着角的增大，干涉条纹的级次k逐渐减小。 对于具有相同角的各点，干涉条纹相同，故称这样的干涉为等倾干涉，干涉条纹又称等倾角线。因此，等倾干涉条
4、纹必然是以O点为圆心的明暗相间的同心圆环。 当d增大时，要保持某一干涉条纹的级次k不变，必须使cosq减小，即增大角，从而使得k级条纹从中心向外移动，在屏E上会看到干涉圆环一个个从中心向外“吐出”的现象，并且圆环条纹逐渐变密，变细。 当d减小时，在屏E上看到干涉圆环一个个从中心“吞入”的现象，并且圆环条纹逐渐变疏，变粗。 因此，移动平面镜M1，就会在观察屏E上看到干涉圆环吞吐的现象，当M1移动/2的距离，即d每改变/2的距离，就会在观察屏上看到有一个圆环条纹从中心“吞入”或“吐出”，也就是说，每当“吞入”或“吐出”一个圆环条纹，M1就移动了半个波长，所以根据干涉圆环的吞吐就可以测量光源的波长，
5、这也就是干涉仪测量长度或长度变化的理论依据。只要数出圆环“吞入”或“吐出”的数目N，并且记录下M1移动的距离d，就可以计算出光源的波长，即： l2Dd d=N = 2N4 用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 实验步骤 1. 打开激光器,粗略调节迈克尔逊干涉仪与激光器大致处于同一水平高度,并使其大致垂直,让激光束通过分光板、补偿板垂直入射到平面镜M2上. 2. 将平面镜M1和M2背后的倾度粗调螺钉置于中间位置，再调节干涉仪的水平调节螺母，使两平面镜反射的光点都处在激光器发射孔附近； 3. 用遮光罩遮住M1，调节M2背后的倾度粗调螺钉，使其反射的光点正好射回激光器的发射孔中 4. 把遮光罩换止M2，调节
6、M1背后的倾度调节螺钉，使M1反射的三个光点中间的一个射回激光器的发射孔，即M1M2； 5. 将扩束透镜放置在激光器与分光板之间的适当位置让透射光照射到分光板上，在观察屏E的背面就可以观察到等倾干涉圆环条纹，这时的条纹可能不够圆或者中心偏移，再调节M2的倾度微调螺丝，使条纹变圆、居中； 6. 转动大轮使M1前后移动来改变d，观察等倾圆环条纹的变化规律并记录，与大学物理中所学的理论进行比较； 7. 增大d，使干涉圆环略细，转动小轮使中央亮斑最大，记下主尺、大轮、小轮的读数d1，继续转动小轮，同时记下干涉环“吞入”或“吐出”的数目N，一般取N=50，每隔 50环记一次主尺、大轮、小轮的读数di，测
7、9次； 8. 在利用等倾干涉条纹测定He-Ne激光波长的基础上，转动手轮,使环形条纹粗而疏时即减小M1和M2之间的距离，调节M2的倾度微调螺丝， 让M1与M2有一个很小夹角，继续转动手轮使弯曲条纹往圆心方向移动，在观察屏上就会出现等厚干涉条纹，再改变M1和M2之间的距离，观察等厚干涉条纹的变化规律并与大学物理中的理论进行比较说明。 5 用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 1 切勿用眼睛直视激光； 2 切勿用手或别的东西触摸各种镜的光学表面； 3 粗调螺钉事先放到中间位置，调节不可太紧，也勿旋出； 4 测量时手轮只能向一个方向转动，以免引起空回误差； 5 计数要准且读数应在中央亮斑最大时进行； 6 实验时切勿震动实验桌。 1 当调节迈克尔逊干涉仪 M1M2时，也可以同时调节M1和先让使M1M2背后的倾度调节螺钉，反射的三个光点中间的一个与M2的反射光重合；再通过调节底角螺钉，让重合光点射入激光孔。 2 如果在观察屏上看不到干涉圆环，可将扩束透镜拿开，在观察屏上观察， M1反射的三个光点中间的一个与M2的反射光点是否重合，如不重合，继续调节M1和M2背后的倾度调节螺钉 6
