迈克尔孙干涉仪实验报告

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1、观察屏图1迈克尔逊干涉仪光路图迈克耳孙干涉仪实验报告实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理，掌握其调试方法2、学会观察非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及光源的时间相干性，空间相干性等重要问题。实验原理1.迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式，其基本光路如图5.16.1所示。从光源S发出的一束光，在分束镜A的半反射面M上被分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2。反射光束1射出A后投向反射镜A/?,反射回来再穿过A；光束2经过补偿板B投向反射镜M],反射回来再通过在半反射面M上反射。于是，这两束相干光在空间相遇并产生干涉，通过望远镜或人眼可以观

2、察到干涉条纹。补偿板B的材料和厚度都和分束镜A相同，并且与分束镜A平行放置，其作用是为了补偿反射光朿1因在A中往返两次所多走的光程，使干涉仪对不同波长的光可以同时满足等光程的要求。2.等倾干涉图样(1)产生等倾干涉的等效光路如图2所示(图中没有绘出补偿板B),观察者白0点向镜看去，除直接看到镜外，还可以看到镜经分束镜A的半反射而M反射的像M：。这样，在观察者看来，两相干光束好象是由同一束光分别经和反射而来的。因此从光学上来说，迈克尔逊干M2M；图2边克尔逊干涉仪的等效光路图图3等倾干涉的等效光路图涉仪所产生的干涉花样与M：、M2间的空气层所产生的干涉是一样的，在

3、讨论干涉条纹的形成时，只要考虑M：、两个而和它们之间的空气层就可以了。所以说，迈克尔逊干涉仪的干涉情况即干涉图像是由光源以及M；、必2和观察屏的相对配置来决定的。（2）等倾干涉图样的形成与单色光波长的测量当Mi镜垂直于镜时，与相互平行，相距为d。若光束以同一倾角入射在和上，反射后形成1和2八两束相互平行的相干光，如图3所示。过P作P0垂直于光线2因和之间为空气层，比=1,则两光束的光程差△为A=MN+NP-MO=-^—+-^—-PMsindcos8cos8二"-2dtan8sin8coso所以△=2〃cos6（1）当〃固定时，由（1）式可以看出在倾角力相等的方

4、向上两相干光束的光程差A均相等。由此可知，干涉条纹是--系列与不同倾角对应的同心圆形干涉条纹，称为等倾干涉条纹。由于1、2八两列光波在无限远处才能相遇，因此，干涉条纹定域无限远处。①亮纹条件：当8=0时，也就是相应于从两镜面的法线方向反射过來的光波，具有最大的光程差，故中心条纹的干涉级次最高。中心点的亮暗完全由〃确定，当2d=kA时，即d=k'—（2）2时中心为亮点。当〃值每改变九/2时，干涉条纹变化一级。也就是说，和之间的距离每增加（或减少）X/2,干涉条纹的圆心就冒出（或缩进）一个干涉圆环。②测量光的波长由下式表示：02dX=AN式中，2为入射光的波长，Z

5、W为反射镜Al?移动的距离，为干涉条纹冒出（或缩进）的环数。③条纹间距：由式（5.16.1）,当〃一定，6不为零时，光程差△减少，偏离中心的干涉条纹级次k较低。由条纹间距△厂匕二^G为观察屏到反射镜距离，几为圆环半径）可知，越往外即越偏离中心，干涉条纹也越密，可见级数k从圆中心到半径，从高到低，条纹间隔从疏到密。等倾干涉图样示意图如图5.16.4所示。1.等厚干涉图样当反射镜M：、册2不完全垂直，致使M：、必2成一小的交角时（见图5），这时将产生等厚干涉条纹。当光束入射角5足够小时，可由式（5.16.1）求两相干光束的光程差:A=2dcos8=2d«2d1-=2

6、d-d8-(4)L2丿2J在M：、必2的交在线，〃=0,即4=0,因此在交线处产生一直线条纹，称为中央条纹。如果反射镜和A/?的距离〃很小，满足J•520,倾角对光程差的贡献为负值，只有厚度d的增大来补偿

7、，才能使光程差保持常量。所以条纹逐渐变成弧形，而且弯曲方向凸向中央条纹。离交线愈远，d愈大，条纹弯曲愈明显。由于干涉条纹的明暗和间距决定于光程差△与波t的关系，若用白光作光源，则每种不同波长的光所产生的干涉条纹明暗会相互交错重叠，结果就看不见明暗相间的条纹了。也就是说，如果用白光作光源，一般情况下不会出现干涉条纹。进一步可以看出，在M；、M2两面相交时，交线上〃=0,但是由于1、2两束光在半反射膜面上的反射情况不同，引起不同的附加光程差，故各种波反的光在交线附近可能有不同的光程差。因此，用白光作光源时，在M；、AZ?两面的交线附近的屮央条纹，可能是白色明条纹，也

8、可能是暗条纹。在它的两旁