迈克尔逊干涉仪实验

迈克尔逊干涉实验

无非2班袁鹏

一实验目的

1、学习按一定原理自行组装仪器的技能，通过自行组装迈克尔逊干涉仪学

习光路的调整。

2、学习在组装的迈克尔逊干涉仪上开拓应用的技能。

3、在组装的迈克尔逊干涉仪上进行压电晶片电致伸缩效应的观测。粗略测

出压电晶片的压电系数。

二实验原理

1、迈克尔逊干涉仪的原理。

迈克尔逊干涉仪是应用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器，仪器的光学

系统由两个平面反射镜M

1和M

2

及两块材质相同、厚度相等的平行平面玻璃板G

1

和G2所组成，如上图所示。从光源S发出的光，射到分光板G1上，分光板G1后表面有半反射膜，将一束光分解成两束光；一束为反射光（1），另一束为透射光（2）,他们的强度近似相等。由于G1与M1、M2均成45度角，所以两束光都垂直的射到M1和M2，并经反射后回到G1上的半反射膜，再在观察处E相遇。因为光束（1）、（2）是相干光，若仪器调整得当，便可在E处观察到干涉图样。

G2为补偿板，其物理性能和几何形状与G1相同，它的作用是为了补偿光束（2）的光程，使光束（1）和光束（2）在玻璃中的光程完全相等。

2、干涉条纹的形成。

由于半反射膜实质上是一块反射镜，它使M2在M1附近形成一个虚像M'2。由

于是从观察处E看到的两束光好像是从M

1和M'

2

射来的，故可将M'

2

看成一个虚

平面。因M'

2不是实物，它的表面和M

1

的表面所夹的空气薄膜可以任意调节。如

使M

1、M'

2

平行则形成等厚的空气薄膜，产生等倾干涉；若不平行则形成空气劈

尖，形成等厚干涉。从而在实验过程中可以观察到不同的干涉图样。

（1）等倾干涉使M

2垂直M

1

（即M

1

平行M'2），S又为面光源时，这就相

当于空气平面板所产生的等倾干涉。自M

1和M

2

反射后两光束的光程差（如果光

束（1）、（2）在半反射膜上反射时无附加光程差）为i

d cos

2

=

∆，式中ｄ为M1

和M'

2间的距离，即为空气膜厚度。i为入射光M

1

、M'

2

镜表面的入射角。由上式

可知，当d一定时，光程差只决定于入射角。面光源上具有相同倾角i的所有光束的光程差∆也相同，它们在干涉区域里将形成同一条干涉条纹，这种干涉即为等倾干涉。对应不同入射角的光束光程差不相同，形成不同级次的干涉条纹，便得到一组明暗相间的同心圆环，条纹定域在无穷远处，在E处直接用眼睛就可以观察到等倾干涉的同心圆环。

（2）等厚干涉当M

1、M'

2

相距很近，并把M'

2

调成与M

1

相交呈很小的角

度时，就形成一空气劈尖。在劈尖很薄的情况下，从E处便可看到等厚干涉条纹。这时，两相干光程差仍可近似的表示为i

d cos

2

=

∆，在M1和M'2的交线处的直线纹称为中央条纹。在交线上，d=0，光程差∆为零，条纹为一条直线；在交线附近d很小，i的变化可以忽略，即cosi视为常数，条纹为一组近似与中央条纹平行的等间距的直条纹，可视为等厚条纹；离交线较远处d变大，光程差∆的改变，除了与膜厚度d有关外，还受i角的影响，cosi的影响不能忽略。实际上i 很小，i

d cos

2

=

∆≈2d(1-i2/2)，条纹发生弯曲。

三实验仪器

防振台氦氖激光光源凸透镜可变光栏直尺光屏分束镜反射镜支架压电晶片等

四试验计划

在实验室，面对零散的实验仪器，要进行迈克尔逊干涉仪实验，我们需要先对仪器进行组装调试。在试验台上，有一个氦氖激光源。首先我们就要打开光源的电源，让氦氖激光器发射光源。然后将带有支架的凸透镜放在发射激光仪器前端的小孔前，调节凸透镜的高度让反射的部分光束正好聚焦在小孔上。调好之后，继续将带有支架的分光板放在与凸透镜和光源在同一条直线上，并目测调整使三者的高度一致。然后调整支架上的分光板，使其与三者所在直线成45度角。调好之后，将凸透镜和分光板分别固定在实验台上。之后，按照上面的迈克尔逊干涉仪的光路图，将两反射镜和光屏分别摆放在相应的位置并目测调整使其高度与

凸透镜、分光板相同。然后，先分别对反射镜M

1、M

2

进行调节，使其反射通过

分光镜之后的光线能够打到光屏上。在光屏上出现了两个光斑之后，先粗调反射

镜使两光斑靠近。调好后，就可以将两反射镜M

1、M

2

分别固定在相应的位置。

为了观察到干涉现象，接下来我们就要通过微调反射镜使两个光斑相交并产生干涉条纹图样。经过微调之后，就可以在光屏上看到干涉图样了。

等倾干涉和等厚干涉是面光源产生的定域干涉。所以，在实验中不需要在光源发射器前面加一凸透镜对光束进行聚焦形成点光源。在打开电源发射光束之后，将分光板放在与光源同一直线上并目测调整其高度与发射光束的光孔相同。然后也是按照实验原理图将两个反射镜和光屏放在相应位置。对两反射镜分别进行粗调，使反射通过分光镜之后的光束打在光屏上。然后将反射镜进行固定，固定之后再对反射镜进行微调，使两个光斑相交产生干涉条纹图样。在实验中要十分注意两反射镜必须完全垂直，否则将不能形成等倾干涉。等厚干涉实验仪器的组装步骤与等倾干涉基本一致。只是在两反射镜的反射光束时不需要将两反射镜摆放的完全垂直，而是应该有细微的偏斜。在进行反射镜微调的过程中就可以在光屏上看到等厚和等倾干涉条纹图样。

在测压电晶片的压电系数时，首先需要将压电晶片固定在一反射镜的背面。由于压电系数K=∆d/∆U，要测压电系数，只要测出通电后电压晶片的伸缩量∆d，而∆d的测量可以利用等倾干涉的实验原理来进行。先将仪器按照上述等倾干涉的步骤组装，将固定有压电晶片的反射镜组装固定好后，先不对压电晶片通电进行实验。利用迈克尔逊干涉仪，调整反射镜使光屏上可看到同心圆干涉条纹。然后再给压电晶片通电，改变压电晶片上的电压，使其由零逐渐上升，干涉条纹便由