实验6.12 迈克尔逊干涉仪.

实验六
迈克耳孙干涉仪
（6）将厚度为D=0.045mm的薄片放在P1与M1之间，逆时 针旋转微调手轮，使零级条纹回到视场中央。记下此时的 位置读数L2. （7）重复（4-6）过程3-5次，计算结果和不确定度。
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【实验目的】
1．掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法；
2．学会用迈克尔逊干涉仪观察白光的干涉条纹。
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[实验原理]
P1 为分光板、 P2 为补偿 板， M1 、M2为两反射镜， 透过读数窗可看到读数鼓 轮，转动手轮可使 M1 在套 轨上移动。
套轨上有0－50mm刻度。 粗动手轮分度値为 0.01mm， 微 动 手 轮 分 度 値 为 0.0001mm。
为0，形成零级暗条纹。
白光等厚干涉可以准确确定等光程位置
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实验内容
迈克耳孙干涉仪
利用白光等厚干涉测量折射率
当视场内出现彩色直条纹后，继续转动微调手轮，使零级 暗纹移到视场中央。然后在M1与分光板P1之间插入待测薄 片，此时由于光程差变化，零级暗纹消失。再转动微调手 轮，使M1向P1方向移动，当零级条纹重新出现，并移到视 场中央， M1的移动正好抵消了光程差的变化。根据上述分 析，可以推出薄片折射率的测量公式为：
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B.当M1、M2有很小夹角a，且入射角i很小
所得到的干涉一般为等厚干涉，在两镜面交 线附近处，干涉条纹为平行于 M1、M2’ 的交线的 等间隔的直线条纹。在离 M1、M2’交线较远处，
干涉条纹变成现内弯的弧线。
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M'2
反射镜 M1
当 M1不垂直于M 2 时，可形成劈尖 型等厚干涉条纹. 反 射 镜
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（4）慢慢旋转粗动手轮，找到零级暗纹的大概位置，然后 旋转微调手轮，将零级暗纹调至视场中央； （5）消回程差：顺时针旋转粗动手轮将零级暗纹移出视场， 然后反方向旋转使零级暗纹回到视场，但不要使零级暗纹 回到视场中央。然后逆时针旋转微调手轮，使零级暗纹回 到视场中央。后面的测量粗动和微调手轮都只能逆时针旋 转。记下此时的位置读数L1。
2d cos ik k
i2 cos i 1 将两式相减，当 i较小时， 2
2d cos ik 1 (k 1)
ik ik ik 1

2dik
上式表明：d一定时， 较大，即干 ik 较小时， ik ik 涉条纹的分布是中心较宽， 较小，即 ik 较大时， 干涉条纹的边缘较窄，显得条纹很密集。
d
M1 M2
反 射 镜
单 色 光 源
P1
P2
光程差
M2
Δ 2d
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（1）扩展光源照明产生的干涉图
M1、M2严格平行时，为等倾干涉，所有倾角为i 的入射 光线，由M1、M2反射光线的光程差 △ 均为：
2d cos i
2d k
在E处可看到一组明暗相间的同心圆纹，其条纹特点是： A. 条纹级次以中心最高，在条纹中心，i=0，中心亮点
使用该仪器时，所有的 光学元件绝对不能用手接 触，否则会损坏光学表面。
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迈克耳孙干涉仪光路图（图6-1） 反射镜 M1
M1 M2
①
M1 移动导轨
单 色 光 源 分光板 P1 反 射 镜
②Biblioteka Baidu
M2
补偿板 P2
E
P1//P2
M1, M2
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M 2 的像 M'2 反射镜 M 1
圆心处干涉条纹的级次： k

2d

当M1、M2 的间距d逐渐增大时，可看到条纹从中心“涌 出”，且每当d 增加λ/2就有一个条纹涌出。反之则出现条纹 向中心“陷入” 。
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当 M1 与 M2 之
干涉花样及波长测量原理
间距离变大时，圆形 干涉条纹从中心一个 个涌出,并向外扩张,干
n0 (l2 l1 ) n n0 D
式中n0=1.003，为空气的折射率，n为薄片的折射率，l1，l2 分别为薄片插入前后的等光程位置读数
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【实验内容】
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【实验内容】
1、迈克尔逊干涉仪的调节
（1）打开白光光源； （2）旋转粗动手轮，使M1、M2至P1的镀膜面的距离大致相 等，沿E P1的方向观察，将看到叉丝的影子（共3个）， 其中2个对应于动镜M1的反射像，另一个对应于M2的反 射像。 （3）仔细调节M1、M2 背后的三个螺钉，改变M1、M2的相 对方位，直到叉丝的双影在水平方向和铅直方向均完全重 合，这时可观察到干涉条纹。仔细调节3个螺钉，使干涉 条纹宽度合适。
涉条纹变密;
距离变小时，
圆形干涉条纹一个个 向中心陷入 , 干涉条纹 变稀 。
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距离测量或波长测量原理
只要数出涌出或陷入的条纹数，即可得到平面
镜M1向M2’以波长为单位移动的距离。
d N

2
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B.干涉条纹分布特点：中心宽边缘窄 相邻条纹角间距 ik （如k级和k-1级）
单 色 光 源
P1
P2
M2
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M'2
反射镜 M1
当 M1不垂直于M 2 时，可形成劈尖 型等厚干涉条纹. 反 射 镜
白 光 光 源
P1
P2
M2
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由于白光是多色光， 明暗条纹的位置与波长有 关。因此，只有当d=0的
对应位置上，各种波长的
光到达光屏上时，光程差