迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪

姓名

学号班级

桌号同组人教室

基-1303

实验时间2015年月日时段指导教师

一、实验目的

1．考查点光源的非定域干涉、面光源的等倾干涉的形成条件、条纹特点，加深对干涉理论

的理解；

2．熟悉迈克尔逊干涉仪的结构、原理、特点及调整和使用方法；学会用它测量单色光波波

长及钠光双线的波长差。

二、实验仪器

迈克尔逊干涉仪，激光器，钠光灯

三、实验原理（预习填写空白内容）

1．产生干涉的等效光路

迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花样与M

1

、

M

2

间的空气薄膜（厚度为d）所产生的干涉是一

样的。

2．单色点光源产生的非定域干涉

非定域干涉是指：

图1迈克尔逊干涉的光路图

He-Ne激光光源发出的球面波先被分束镜G

1

分光，然后射向两个全反镜，经M

1

，M

2

反射

后，在人眼观察方向就得到两个相干的球面波，在它们相遇的空间处形成非定域干涉。当M

1

∥

M

2

时，和M

1

平行放置的观察屏上会出现同心圆干涉条纹，圆心在光场的中心。两虚点光源

间距是M

1

和M

2

间距d的倍，即圆心处光程差为。

若将屏E放在满足Z>>d的地方，光程差可近似为L＝2dcos

当L＝时形成明条纹

当L＝

时形成暗条纹。（式中k=0,1,2…称为干涉级）

当

＝0时，光程差

L

最大，故圆心

A

点对应的干涉级

k

最高。移动M

1

，若

d

增加，与k

级相应的条纹的角变大，条纹沿半径外移，可看到条纹从中心“涌出”的现象。反之，条纹

向中心“收缩”。每“涌出”或“收缩”一个条纹，光程差L改变个波长。设M

1

移动了

d距离相应地“涌出”或“收缩”的条纹数为N，则

L

＝2

d

=N



，即

＝

2d

N

只要从仪器上读出M

1

移动的距离d，并数出中心“涌出”或“收缩”的条纹数N，利用上

式就能测出光源波长



。

3．单色面光源产生的干北洋政府历任总统 涉

面光源中不同的发光点发出的光束虽互不相干，但每一个点光源发出的光束，经迈克尔

逊干涉仪后可以产生自己的干涉图样，无数点新白娘子传奇全部歌曲 光源产生的干涉图样的叠加，所形成的稳定可

见的干涉图样由M

1

、M

2

的相对位置决定。

若光源中包含有波长相近的两种单色光



1

和



2

，



1

＝



2

＋



。移动M

1

改变

d

，则可遇

到这样情况：分束镜所分两束光的光程差恰为



1

的整数倍而同时又为



2

的半整数倍，即：

L＝

这时，



1

光生成亮环的地方，恰为



2

光生成暗环的地方。若这两列光波强度相等，则这些地方

的反衬度为零，这时视场中将看不描写春天的古诗句 到干涉条纹。继续移动

M

1

、



1

的明纹和



2

的暗纹渐渐错开，

反衬度增加。当



1

的明纹和



2

的明纹相重迭时，反衬度最高V＝1，此时干涉条纹最清晰。

2

考虑到



1

与



2

相差很小，故



1



2

(



)

；又L＝2d，故有：







只要知道两波长的平均值



和视场中心相继两次四大才女 反衬度为零时，M

1

所移过的距离d，

就可求出两者的波长差





。根据这一原理，可测量钠光D双线的波长差。

四、实验内容

1．迈克尔逊干涉仪调节（阅读教材，填写箭头指向部件的名称）

图2迈克尔逊干涉仪

1）放恐怖的鬼故事 松M

1

、M

2

镜背后的调节螺钉；调节粗调手轮使M

1

镜移至5氨咖黄敏胶囊一次吃几粒 0mm附近；

调节两个拉簧螺丝至中间位置，即保证上下（或左右）都能拧；

调整光路，让光纤水平，出射激光光束应水平、与分束板成45

o

角入射；

2）取下观察屏，穿过分束板向M

1

镜方向看过去。细心调整M

1

、M

2

镜后的调节螺钉，改变

反射镜的倾度，使两列像点中最亮的两个点在M

1

中心附近完全重合。（会看到光点闪耀，伴有不

清晰的干涉条纹）。

3）安上观察屏，仔细观察可看到干涉条纹，即点光源的非定域干涉条纹。缓慢调节M

2

镜下

端的两个拉簧螺丝，使干涉条纹呈圆形且圆心大致在视场中心（请特别注意拉簧螺丝的使用）。

若找不到干涉条纹，或无法将圆环调到观察屏中心，则需调整上一步M

1

中最亮点的位置。

4）轻而缓慢地旋转粗调手轮，移动M

1

镜，观察干涉条纹的变化。由干涉条纹的“涌出”、

“陷入”判断M

1

、M

2

间距离d的变化情况。

5）调节粗调手轮减小间距d，使衍射环放到到合适测量的大小，准备测量。

2．测He-Ne激光的波长

1）旋转粗调手轮，消除螺纹间隙误差（注意：以后论文结尾 旋转粗调手轮和微调手轮时，都与此次

旋转方向一致）；

2）旋转微调手轮，使其对准零点，再旋转粗调手轮，让其对准任一整刻度线；（课本105-106

页）；

3）测量激光波长开始时（N＝0）记下目标公司 M

1

镜的位置（d

0

）。缓慢而均匀地旋转微的英文单词怎么写 调手轮，

记数从干涉圆纹中心“涌出”（或陷入）的条纹数，每隔20个条纹记一次M

1

的位置（d

0

、d

20

、d

40

、

d

60

……d

180

）。利用得到的数据计算激光波长，并用不确定度完整表示测量结果。

单位mm

d

0

d

100

d

100

－d

o

d

20

d

120

d

120

－d

20

d

40

d

140

d

140

－d

40

)=

d

60

d

160

d

160

－d

60

mm

d

80

d

180

d

180

－d

80

1

d=(

5

u

d

=（写出计算关系式）



＝

u



＝

2d

=N

mm=nm

2u

d

＝N

结果表示：



＝

3．观察等倾干涉，测量钠黄光D双线的波长差。

利用He-Ne激光器的衍射环，通过移动M

1

，使d≈0（d越大时条纹越密，d越小时条纹越稀

疏。理论上当d≈0时中央暗纹将扩大到整个观察屏上，但是实验过程中一般观察不到此现象。

因此把干涉条纹间距最大时认定为d≈0，此时在观察屏上仅能看到很少几条条纹。）

取掉激光器，换上带毛玻璃片的钠光灯，使光束经毛玻璃漫散射后成为均匀的扩展面光

源照亮分束板G

1

。去掉观察屏，在E处用用眼睛向着G

1

观察，将看到圆形等倾干涉条纹。

使用粗调手轮改变M

1

镜的位置，粗略观察反衬度变化规律（反衬度最大时条纹最清晰，反

衬度为零时条纹消失），初步确定反衬度最低的位置为零的几个位置。

在此基础上，缓慢移动M

1

，精确记录反衬度为零的6个坐标位置，然后采用逐差法求出

d

，

计算钠光D双线波长差





(



=589.3nm），用不确定度完整表示测量结果。

单位mm

d

1

d

2

d

3

d

4

d

5

d

6

d

=(

)=mm

u

d

=（写出计算关系式）

(



)2

＝





2d/3

＝mm=nm

u





＝（写出计算关系式）

结果表示：





＝

五、课后作业题

1．在实验内容3中，若换成白光光源，在光程差为零时能看到彩色的等倾条纹（可在实验

中验证）。根据此特点，试写出利用白光等倾条纹测透明薄膜厚度（折射率已知）的原理。