实验七、迈克尔逊干涉仪的调整与使用

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1、实验七、迈克尔逊干涉仪的调整与使用迈克尔逊干涉仪是对近代物理学和现代测量技术具有重要影响的光学仪器，掌握它的调整与使用方法有着重要意义。主要内容【实验介绍】【实验目的】【实验仪器】【实验原理】【实验内容】【实验中需注意的问题】迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器。其调整和使用具有典型性。迈克尔逊—莫雷实验图最初的迈克尔逊干涉仪现代的迈克尔逊干涉仪【实验介绍】迈克耳逊（AlbertAbrhamMichelson,1852-1931），著名的实验物理学家，他一生研制了不少精密仪器

2、，进行了许多有成效的实验。他设计了至今仍应用广泛的迈克尔逊干涉仪，当时用来测定地球相对于以太的运动，迈克尔逊—莫雷实验为相对论的建立提供了实验依据。由于他的杰出成就，荣获1907年度的诺贝尔物理学奖。以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理，掌握其调节方法。2、调节观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象。【实验目的】【实验仪器】迈克尔孙干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜【实验原理】1、迈克尔逊干涉仪的结构主尺粗动手轮读数窗口微动手轮最后读数为：33

3、.52246mm2、读数3、迈克尔逊干涉仪原理光路M1和M2是平面反射镜，分别装在相互垂直的两臂上，M1固定，M2而可通过精密丝杆沿臂长的方向移动。G1和G2是两块完全相同的玻璃板，在G1的后表面上镀有半透明的银膜，能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光。M1和M2与G1和G2成45°角倾斜安装。G2称为补偿板，是为了使光束2也同光束1一样地三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。M2M1EG2G1S2211半透半反膜由于G1的反射，使在M2附近形成M1的一个虚像M1′，因此光束1和光束2的

4、干涉等效于由M2和M1′之间空气薄膜产生的干涉。当调节M1使M1与M2相互精确地垂直，在屏幕上可观察到圆形的等倾干涉条纹，即两镜之间为薄膜干涉。等倾干涉条纹与重合迈克耳孙干涉仪光路图SppL1aba1b1G1G2L2AFa2b2M2M1M2′F当条纹为等倾条纹时，移动M2，相当于改变M2和M1′之间空气薄膜的厚度，此时干涉条纹会出现条纹“缩入”或“冒出”的现象。“缩入”或“冒出”的条纹数与移动距离的关系：如果数出“缩入”或“冒出”的条纹数，由已知波长λ就可计算出Δd，这就是测量微小距离的原理；反之，由读

5、出的Δd也可测定入射光的波长，这也是测定单色光波长的一种方法。如果M1与M2偏离相互垂直的方向，这时就能观察到等厚干涉条纹，即两镜之间为劈尖干涉。等厚干涉条纹点光源产生的非定域干涉迈克耳逊干涉仪产生干涉的形成条件与条纹特点不仅与M1、M2的相对位置有关，而且与所用光源有关。He－Ne激光用短焦距透镜会聚后是一个相干性很好的点光源，经M1、M2反射后的相干光束相当于两个虚点光源，由这两个虚点光源发出的球面波在空间处处相干，这种干涉称为非定域干涉，即在两束光相遇的空间内均能用观察屏接收到干涉图像【实验内容】

6、了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理，掌握其调节方法。调节观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象。迈克耳逊干涉仪的调节（技能训练的重点）1、光源的调节放置好钠光灯使光源和分光板G1、补偿板G2及反射镜M2中心大致等高，且三者连线大致垂直于M2镜。适当调节光源及扩束透镜的位置使得在E处视野可看到均匀的亮斑。2、等倾干涉条纹的调节1）转动粗动手轮，尽量使M1、M2距分光板后表面的距离相等。2)在扩束透镜和分光板之间，放置笔尖，用肉眼直接观察笔尖多个投影，调整M1反射镜（或M2反射镜）镜后螺丝，使笔尖2个投影重

7、合，即可观察到等厚条纹。3)调整M2反射镜微调螺丝，使条纹变粗、弯曲，直至成圆环形。若条纹对比度（反衬度）下降，可略微调整丝杆，移动M1反射镜，使条纹对比度改善。4)上下晃动眼睛调节M2反射镜的垂直拉簧微调螺丝，左右晃动眼睛调节M2反射镜的水平拉簧微调螺丝，反复细致地调节，使圆环形等倾条纹大小不因观察位置而变（即无吞吐现象）为止。5)测量前应转动微调手轮，移动M1反射镜，观察等倾条纹的变化情况。选择合适一段区间，以利完成测量。等厚干涉条纹等倾干涉条纹与重合【实验中需注意的问题】迈克耳逊干涉仪是精密光学仪

8、器，光学表面不能用手触摸。调节时动作要轻缓。为了消除螺距差（空程差），调节及测量读数时，粗调手轮和微调鼓轮要向同一方向转动，中途不得倒退。区分镜面间距(d)、光程差(2d)和光程差的变化(2△d)三个概念，弄清楚它们之间的关系。思考题１、在调等倾干涉条纹时，为什么条纹有一个由直变圆的渐变过程？２、用迈克尔逊干涉仪观察的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同？３、如何用迈克尔逊干涉仪测定通明物体的折射率？