迈克尔逊干涉仪〖ZW(〗选自朱世国《大学基础物理实验.doc

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1、实验16迈克尔逊干涉仪调整和应用迈克尔逊（AlbertAbrhamMichelson,1852-1931）是美国芝加哥大学著名的实验物理学家，1881年迈克尔逊制成了可以测定微小长度、折射率和光波波长的第一台干涉仪。迈克尔逊用这种干涉仪做了历史上极有价值的三个实验：1887年他与莫雷（Morley，1838—1923）合作，完成了非常著名的迈克尔逊—莫雷“以太”漂移实验，实验结果否定了“以太”的存在，解决了当时关于“以太”的争论，并确定光速为定值，从而为爱因斯坦（Einstein，1879—1955）创立狭义相对论铺平了道路；1896年迈克尔逊和莫雷最早用干涉仪观察到氢的

2、Hａ线是双线结构，并系统地研究了光谱线的精细结构，这在现代原子理论中起了重要作用；迈克尔逊首次用干涉仪测得镉红线波长（λ=643.84696nm），并以此波长测定了标准米的长度（1m=1553164.13镉红线波长），为用自然基准（光波波长）来代替实物基准（铂铱米原器）准备了条件。迈克尔逊因为精密光学仪器和借助这些仪器所进行的光谱学和度量学研究等工作，获1907年度诺贝尔物理学奖，成为第一位获得诺贝尔物理学奖的美国人。迈克尔逊干涉仪是近代干涉仪的一个原型，在它基础上发展起来的泰曼（Twyman）干涉仪，在制造高质量的光学仪器工厂中应用很广，如用于检测棱镜、透镜和平面镜的质

3、量等。又如用于风洞中研究气流变化的马赫—曾德尔（Mach—Zehnder）干涉仪以及现代蓬勃发展的各类干涉调制光谱仪也是以此为基础的。这些仪器在近代物理和计量技术中被广泛应用。实验目的和学习要求1．了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理，掌握调节方法。2．了解各类型干涉条纹的形成条件、花纹特点、变化规律及相互间的区别。3．用迈克尔逊干涉仪测量光源波长。4．用迈克尔逊干涉仪测量空气折射率。阅读资料《大学物理学》光的干涉中薄膜干涉和干涉仪的有关内容。实验仪器迈克尔逊干涉仪（WSM100/200型）、多束光纤激光源（HNL-55700，He-Ne）、WAN-12B型数显空气折射率测量仪

4、、观察屏。迈克尔逊干涉仪是根据分振幅干涉原理制成双光束干涉的精密实验仪器。它的主要特点是：两相干光束分离得很开；光程差的改变可以由移动一个反射镜(或在一光路中加入另一种介质)得到。它由一套精密的机械传动机构和四片高质量的光学镜片安装在一个很重的底座上构成，其外形如图16-1所示。图16-1迈克尔逊干涉仪图16-2迈克尔逊干涉仪的基本光路1.底座调平螺钉2.底座3.导轨4.精密丝杠5.拖板6.反射镜调节螺钉7.可动反射镜8.固定反射镜9.补偿板10.分束板11.读数窗口12.传动系统罩13.粗调手轮(大转轮)14.微动鼓轮15.水平、竖直拉簧螺钉迈克尔逊干涉仪的基本光路如

5、图16-2，请对照图16-1看光路图16-2：从光源S发出的光射向平行平面透明薄板。的后表面镀有半反射膜T，这个半反射膜把S射来的光束，分成振幅近似相等的反射光1和透射光2，故称为分束板。光束1射向平面镜；光束2透过补偿板射向平面镜。和是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，二者与上的半反射膜之间夹角为45°，所以，1、2两束光被和反射后又回到的半反射膜上，再会集成一束光射向E。由于这两束光来自光源上同一点，因而是相干光，眼睛从E处向方向望去，可以观察到干涉图样。是补偿板，与平行放置，它的作用是使1、2两光束在玻璃中经过的光程完全相同，为了使其材料和厚度与完全相同，制作

6、时从同一块精密磨制的平板切开而成，这样就使两光路上任何波长的光都有相同的程差，于是白光也能产生干涉。反射镜是固定的，可以在导轨上前后移动，以改变1、2两束光的光程差。由精密丝杆4（见图16-1，下同）带动，其移动的距离的毫米数可从仪器左侧米尺上读出，毫米以下的尾数由大转轮上方的读数窗口11和右侧的微动鼓轮14上读出；读数窗口11的最小读数为，右侧微动鼓轮14的最小读数为，可估读到。和背面各有三个螺丝，用来调节和的方向。的横枝杆右端还连有水平拉簧螺钉和竖直拉簧螺钉15，转动螺钉15改变拉簧的拉力，使支杆发生微小形变，可对的方向作更细微的调节。调节底座上的三个底座调平螺钉1可

7、使整个仪器水平。使用迈克尔逊干涉仪需要注意以下几点：（1）在了解仪器的调节和使用方法之后才可以动手操作。（2）反射镜、分束板的光学表面绝对不可用手触摸，也不要自己用擦镜纸擦拭，在调整中应尽量避免直对光学元件呼吸。（3）调整各部件用力要适当，不可强旋硬搬。（4）因为转动微调手轮时，粗调手轮随之转动，但在转动粗调手轮时微调手轮并不随着转动，因此为使读数指示正确，需要调节测微尺的零点。方法是将微调手轮沿某一方向（如逆时针方向）旋转至零，然后以同方向转动粗调手轮对齐读数窗口中的某一刻度，以后测量时使用微调手轮须以同一方向转动。微调手轮