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1、调整和使用迈克尔逊干涉仪以及用迈克尔逊干涉仪测空气折射率迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊设计制成的用分振幅法产生双光束于涉的仪器，它是一种可以进行精密测量的，有着广泛应用的干涉仪。一、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的构造、原理，掌握其调节方法c2、学会用边克尔逊干涉仪测定光波波长。3、学习一种测量气体折射率的方法；4、进一步了解光的干涉现彖及其形成条件，学会调节光路的方法。二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、调节架和扩朿镜、气室组件、数字气压计三、实验原理1、调整和使用迈克尔逊干涉仪图1迈克耳孙干涉仪光路图
2、迈克尔逊干涉仪的光路图如图1所示。Ml和M2是经精细磨光的平面反射镜，M2是固定的（称为定镜），Ml可通过精密丝杆的带动，在导轨上移动f称为动镜。G1是平行平面玻璃板，后表面镀有一层半透明半反射的薄银膜（A）,这一层薄银膜（A）将入射光分成两束光强近似相等的反射光①和透射光②。因此，G1称为分束板。另外，G2为补偿板。G1与G2是两块材料（折射率）和厚度均相同的平行平面的玻璃板，并且G2和G1彼此间严格平行。G2的作用是使光束②在玻璃中的光程与光束①在玻璃中的光程相同。从光源发出光束，被分束板G分成两朿光强近似相等的反射光①和透射
3、光②，光朿①射到Ml被反射过来，再透过G1到达观测者E处（或接收屏）；光束②透过G2射到M2上被反射回来，再透过G2后又经A反射而到达观测者E处（或接收屏）。这两条光线是相干光，相遇发生干涉。因此，在E处可观测到干涉条纹。本实验主要观察到点光源产生的非定域干涉条纹，并利用这种条纹测量He—Ne激光器输出激光的波长。用短焦矩透镜会聚后发散，可视为点光源S,点光源S经Mi,M2反射后相当于由两个虚光源S「、S2‘发出的相干光束，如图1由$、S2'到屏上任一点A,两光线的光程差△为A=S1A-S/A=J(L+2d『+R2一Jz?+r2=
4、J&+R2(4Ld+4d2L2+R2+1—1)A=Vl2+/?2[-x24LJ+4J2i3+r24x(4厶〃+4沪i3+W)2>2Ldri丁芒+疋+dR?L(Lr+R2ydr由图屮三角关系：A=2〃cos&(l+^sii?0)L略去二级无穷小项，可得△=2dcos&明纹：△=2dcos0=P22暗纹：△=2dcos&=(2£+l)^j2当d变化N—时，(N整数)即bd=N—°对应的就有N个圆坏条纹消失于中心或在中22心冒出。△〃削可由迈克耳逊干涉仪的读数装置读出，如果我们在实验屮数出消失或冒出的圆环条纹个数N,则可求得光波波长2
5、为：2二丄N2、用迈克尔逊干涉仪测空气折射率由图可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射到Ml,M2镜时两光束的光程差5可以表示成8=2(耳厶一h2L2)(1)式中,nl和n2分别是光L1和L2上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为入，当》=K入,K=0,l,2・••时产生相长干涉，相应地在接收屏中心总光强为极大。由式(1)可知,两束相干光的光程差不单与儿何路程有关，而且与路程上介质的折射率有关。当L1光路上介质折射率改变Aq时，因光程差的相应改变而引起的干涉条纹变化数为△«,由式(1)和式⑵可知△〃］二竺血(3)由上式可知：如测
6、出接收屏上某一处干涉条纹的变化△!<,就能2厶测出光路中折射率的微小变化。正常状态t=15,P=101325Pa下，空气对真空中波长为633.0nm的光的折射率，ns二1.00027652.它与真空折射率之差n・l=2.7652xl0=用一般方法不易测岀这个折射率，而用干涉法能很方便地测量且准确度高。下述用边克尔逊干涉仪组成的测量系统是一种最简单的测量系统。实验装置如图所示，在迈克尔逊干涉仪的一条光路中加入一个与打气相连的密封管，其长度为L,数字仪表用来测管内气压，它的读数为管内压强高于室内大气压强的差值。在O处用毛玻璃做接收屏，
7、在它上面可看到干涉条纹。当管内压强由大气压强Pb变到0时，折射率由n变到1,若屏上某一点(通常观察屏的中心)条纹变化数为m,则由式(3)可知：77—1二如(4)2L但是，实际测量时，管内压强最低只能抽到0.01MPa,因此，利用(4)式对数据作近似处理所得结果的误差较大。应采用下面的测量方法才比较合理。通常在温度处于15-C-30C范围时，空气折射率可用下式求得：12.8793〃1A_9“、n-=xlO(5)1+0.00367”因为m/p=ml/p1=m2/p2。，由此得m=^Lp(6)P2-P1代入(4)式：n-=m~~mA
8、p2LP2-P、空气折射率/?=1+厶空二空Ph2厶p2-p}四.实验内容与步骤(1)调整迈克尔逊干涉仪⑵以He—Ne激光器作为光源，使激光束大致垂直射到M2徒镜)上，分别调节Ml和M2背后的3个调节螺钉，使这两排光点中的最亮点尽量重合，这时屏上可
