用迈克尔逊干涉仪测量激光波长.doc

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？

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迈克尔逊干涉仪
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***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

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
图30—2 迈克尔逊干涉仪光路图

光源S发出的光到达分光板后，被分成振幅（强度）几乎相等的反射光（1）和透射光（2）。光束（1）向着前进，光束（2）经过后向着前进，这两束光分别在和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。

由于光在分光板的第二面反射，使在附近形成以平行与的虚像′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自和的反射就相当于和′的反射。故迈克尔逊干涉仪产生的干涉等效于和′所构成的虚光板产生的干涉，即相当于厚度为的空气薄膜所产生的干涉。
图30—2 迈克尔逊干涉仪光路图

(2) 光程差的计算

图30—4 非定域等倾干涉

当和ˊ平行时（⊥），将观察屏垂直置于S和Sˊ连线处，就可以观察到等倾干涉圆环条纹。由于和ˊ之间为空气，折射率n =1，故光程差 。

并且有：
= （ k=0、1、2…）

对光程差作进一步的分析：

当一定时，之取决于入射角θ。
例如：在O点处，θ=0，=2为最大值，中心处干涉条纹的级次k最大，随着θ角的增大，干涉条纹的级次k逐渐减小。

对于具有相同θ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，等倾干涉条纹必然是以O点为圆心的明暗相间的同心圆环。

当增大时，要保持某一干涉条纹的级次k不变，必须使减小，即增大θ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，就会在观察屏E上看到干涉圆环吞吐的现象，当移动λ/2的距离，即每改变λ/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，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，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，并且记录下移动的距离Δ，就可以计算出光源的波长，即：
Δ=N· λ=

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（注：最好射到中间位置）垂直入射到平面镜上.
2. 将平面镜和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，调节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，调节背后的倾度调节螺钉，使反射的三个光点中间的一个（最亮）射回激光器的发射孔，即⊥；
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，再调节的倾度微调螺丝，使条纹变圆、居中；
6. 转动大轮使前后移动来改变，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，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，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，测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和′之间的距离，调节的倾度微调螺丝， 让与′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，再改变和′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。

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 ⊥时，也可以同时调节和背后的倾度调节螺钉，先让使反射的三个光点中间的一个（最亮）与的反射光重合；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， 反射的三个光点中间的一个（最亮）与的反射光点是否重合，如不重合，继续调节和背后的倾度调节螺钉

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