迈克尔逊干涉仪测he-ne激光的波长

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1、实验十迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作设计制作出来的精密光学仪器。它利用分振幅法产生双光束以实现光的干涉，可以用来观察光的等倾、等厚和多光束干涉现象，测定单色光的波长和光源的相干长度等。在近代物理和计量技术中有广泛的应用。【实验目的】1．了解迈克尔逊干涉仪的特点，学会调整和使用。2．学习用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长及薄玻璃片厚度的方法。【实验仪器】WSM-100型迈克尔逊干涉仪，HNL－55700型He-Ne激光器、扩束镜，白赤灯，毛玻璃片，光具座，薄玻璃片。【实验原理】迈克尔逊干涉仪工作原理：如图10-1所示

2、。在图中S为光源，G1是分束板，G1的一面镀有半反射膜，使照在上面的光线一半反射另一半透射。G2是补偿板，M1、M2为平面反射镜。图10-2迈克尔逊干涉仪简化光路分束板激光器图10-1迈克尔逊干涉仪原理图补偿板光源He-Ne激光器S发出的光经会聚透镜L扩束后，射入G1板，在半反射面上分成两束光：光束(1)经G1板内部折向M1镜，经M1反射后返回，再次穿过G1板，到达屏E；光束(2)透过半反射面，穿过补偿板G2射向M2镜，经M2反射后，再次穿过G2，由G1下表面反射到达屏E。两束光相遇发生干涉。补偿板G2的材料和厚度都和G1板相同，并且与G1板平行放置。考虑到光束(1)两次

3、穿过玻璃板，G2的作用是使光束(2)也两次经过玻璃板，从而使两光路条件完全相同，这样，可以认为干涉现象仅仅是由于M1镜与M2镜之间的相对位置引起的。为清楚起见，光路可简化为图10-2所示，观察者自E处向G1板看去，透过G1板，除直接看到M1镜之外，还可以看到M2镜在G1板的反射像M2¢，M1镜与M2¢构成空气薄膜。事实上M1、M2镜所引起的干涉，与M1、M2¢之间的空气层所引起的干涉等效。图10-3干涉光程计算1．干涉法测光波波长原理：考虑M1、M2¢完全平行，相距时的情况。点光源S在镜M1、M2¢中所成的像、构成相距的相干光源，光路如图10-3所示。设到0点的距离为h。

4、这种情况下，干涉现象发生在两光相遇的所有空间中，因此干涉是非定域的。对于屏幕上任意一点P处，设到0点的距离为h。两像光源发出的光相遇时的光程差为，P点处发生相长干涉的条件为：(10—1)由(10-1)式，结合图3可以看出，保持h与d不变，令P点向外移动时，、将增大，对应级次K将伴随减小，所以中央条纹的级次高。3对于屏幕中心，，(10-1)式简化为：(10-2)实验中，d随M1镜的移动而变化。伴随d的增大，级数K随之增大，也就是有新的干涉条纹从中心冒出；伴随d的减小，级数K随之减小，干涉条纹向中心缩进。“冒出”或“缩进”的条纹数与M1位置变化之间的关系为：(10-3)可见只

5、要测定M1镜的位置改变量和相应的级次变化量，就可以用式(10-3)算出光波波长。2．等厚干涉法测薄玻璃片厚度原理：(选做内容)图10-4等厚干涉若M1与M2¢成一很小的交角，能在M1附近直接观察到等厚干涉条纹(不是在屏幕上)。事实上形成等厚干涉要求入射光来自平面光源，因此应当首先将光源更换为面光源。由于入射光倾角的影响，只有在M1与M2¢之间距离等于零时，两面之间相交的一条直线附近的干涉条纹才近似是等厚条纹(见图10-4)。随着的增大，直条纹将逐渐弯曲(如图10-5所示)。使用白光做光源时，在正中央M1、M2¢交线处(d=0)及附近才能看到干涉花纹。对各种波长的光来说，在

6、交线上的光程差都为0，故中央条纹是白色的。特别地，由于M1与M2¢形成两劈尖正对的结构，所以中央白条纹两旁有十几条对称分布的彩色条纹。据此可以很容易判别出中央明条纹的位置。实验时，首先调节出白光的等厚干涉花样，形成中央一条亮线、两侧彩色条纹对称分布的状态，记下此时的鼓轮读数m1。然后将厚度为l的待测薄玻璃片放入M1镜所在光路中。注意玻璃片相对M1镜平行。接下来转动微动鼓轮，使M1镜向屏幕方向移动，直到白光的等厚干涉条纹再次出现(特别注意途中微动鼓轮不能反转)。记下这时的鼓轮读数m2。m1与m2之差就是M1镜移动的距离，这一距离与薄玻璃片带来的附加光程差相等，即：(10-4

7、)利用(4)式可以求得玻璃片厚度。【实验内容】1．观察非定域干涉现象图10-5等厚干涉在了解迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法之后进行以下操作。(1)使He-Ne激光束大致垂直于M2，调节激光器高低左右，使反射回来的光束按原路返回。(2)拿掉观察屏，可看到分别由M1和M2反射到屏的两排光点，每排四个光点，中间有两个较亮，旁边两个较暗。调节M2背面的三个螺钉，使两排中的两个最亮的光点大致重合，此时M1和M2大致垂直。这时观察屏上就会出现干涉条纹。(3)调节M2镜座下两个微调螺钉2、4，直至看到位置适中、清晰的圆环状非定域干涉条纹。(