麦克尔逊干涉仪原理和应用

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1、实验一麦克尔逊干涉仪原理和应用一、实验目的1、了解麦克尔逊干涉仪的结构和基本原理。2、掌握麦克尔逊干涉仪的调节和使用方法。二、实验内容1、用氦氖激光器的632.8谱线校正干涉仪的刻度尺。2、用麦克尔逊干涉仪测量氦氖激光或纳光的波长。3、用麦克尔逊干涉仪测定纳光双线的波长差。三、实验仪器1、麦克尔逊干涉仪2、氦氖激光器3、纳光灯及电源变压器4、扩束透镜5、细针或叉丝6、毛玻璃屏7、读数小灯四、实验原理干涉仪是凭借光的干涉原理以测量长度或长度变化的精密光学仪器。干涉仪有多种构造形式，实验室中常用的是麦克尔逊干涉仪，其构造简图如

2、图一所示。和是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺丝，用来调节镜面的方位。是固定的，由精密丝杆控制可沿臂前后移动，其移动距离由转盘读出。在两臂相交处，有一与两臂轴各成45的平行平面玻璃板，且在的第二平面上涂以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和投射光2，故又称为分光板。也是一平行平面玻璃板，与平行放置，厚度和折射率均与相同。由于它补偿了光束1和光束2之间附加的光程差，故称为补偿板。从扩展光源S射来的光，到达分光板后被分为两部分。反射光1在8处反射后向着前进，投射光2透过后向着前

3、进。这两列光波分别在上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达处。既然这两列波来自光源上同一点，因而是相干光，在处的观察者能看到干涉图样。由于光在分光板的第二面上反射，使在附近形成一平行于的虚像，因而光在麦克尔逊干涉仪中自和的反射，相当于自和的反射。由此可见，在麦克尔逊干涉仪中所产生的干涉，与厚度为的空气膜所才产生的干涉是等效的。当和平行时（也就是和恰好垂直），将观察到圆形条纹（等倾条纹）；当和交成很小角度时，将观察到直线形的干涉条纹（等厚条纹）。在实际应用中，主要是利用圆形和直线形干涉条纹。图二是氦氖激光在麦克尔逊干涉仪

4、中产生的圆形干涉图样。图一图二五、实验步骤1、用氦氖激光器的谱线校正干涉仪的刻度尺。将氦氖激光器置于图一S处，并置发散透镜于其前方，调节干涉仪使两镜面距板大致等距。再以一细针置于光源与板之间，则在8处的屏幕上可看到细针的两个清晰像。调节与的方位，之两像很好的重合，这时与就近乎平行，即可出现干涉条纹。但有时还需微调和，使两细针的像相对上下左右略有移动而使其更好地重合。干涉仪调好后即可见到一系列同心圆形的干涉条纹。再细调使干涉条纹的圆心成在屏幕的中心，转动测微旋钮使标准线指在刻度尺上某一起始位置，然后缓慢转动微调鼓轮，使刻度尺

5、上的标线向数值增大的方向移动。同时观察屏幕上的中心圆环是否有变化（益出或陷入）。当出现变化时，记下该刻度尺的读数，而后继续缓慢转动微调鼓轮，同时屏幕上的圆环变化的数目，每当变化了100个时，记下刻度尺相应的读数。如此往下，继续读出刻度尺的一段读数。由式计算得到对应的值。自己设计一个表格，记录刻度尺的读数及计算得到的对应的值，并记录刻度尺的误差。2、麦克尔逊干涉仪测定氦氖激光或钠光的波长。当与相互平行时，所得干涉条纹为等倾干涉，干涉条纹的形状决定于具有相同入射角的光分布的轨迹。图三8如图三所示，对于点光源S经和反射后所产生的

6、干涉现象，等效于沿轴向分布的两个点光源和所产生的非定位干涉，当观察屏垂直于轴放置时，屏上亦呈现同心的圆条纹。干涉条纹的位置取决于光程差，只要光程差有微小的变化，就可明显地看出条纹的移动。自和反射的两光波光程差应为：（1）其中为反射光1在平面镜上的入射角。若光束1和2在分光板镀膜面上反射时无位相突变，则对于第级亮条纹有：（2）当和的间距逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如第级，必定以减少其的值来满足，故该干涉条纹向变大（变小）的方向移动，即向外扩展。这时，观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”；且每当间距增大时就有一个条纹涌

7、出。反之，当间距由大逐渐边小时，最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心，且陷入一个条纹，间距的改变亦为。因此，只要读出涌出或陷入的条纹数，即可得到平面镜以波长为单位而移动的距离。显然，若有个条纹从中心涌出时，则表明相对于移远了（3）反之，若有个条纹陷入时，则表明向移近了同样的距离。如果精确测出移动的距离，则可由（3）式计算入射光波的波长。8（1）实验要求：仔细阅读麦克尔逊干涉仪的使用说明书，了解仪器的实际结构，使用方法和注意事项。在调节和测量过程中，一定要仔细和耐心，转盘的转动要缓慢，均匀；为了防止旋距误差的影响，每次测

8、量必须沿同一方向旋转转盘，不要中途倒退。（2）仪器的调整：①若测纳光波长，则点亮纳光灯S，使之照射在S前面的毛玻璃屏上，形成均匀的扩展光源，以便于加强条纹的亮度。在毛玻璃屏与分光板之间放一细针。在处沿着的方向进行观察。若仪器未调好，则在视场中将见到细针的双影。这时必须调节（或）镜后的螺丝，以改变（或）镜