大学物理实验实验12迈克尔逊干涉仪的调整与使用

实验目的
1、了解迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理， 掌握其 调试方法； 2、通过观察实验现象，加深对干涉原理的理 解。学会观 察定义域干涉及非定域干涉、等 倾干涉、等厚 干涉及 白光干涉 条纹； 3、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法； 学会用迈克 尔逊干涉仪测量测量单色光的波 长。钠光双线波长差。
不可直视！
思考题
等厚干涉条纹------直条纹
k 2d di (2k 1) / 2
2
明条纹 暗条纹
条纹特点 • 1、当i很小时，△=2d，干涉图样是等距离分布的 明暗相间的直条纹； • 2、离中央条纹较远处， di 2 影响较大，条纹弯曲 凸向中央条纹，离交线越远，条纹越弯曲。
k 2d di (2k 1) / 2
迈克尔逊干涉仪的 调整与使用
物理实验教学中心 马红
实验背景
迈克尔逊干涉仪最初是由美国物理学家迈克尔逊与莫雷 在1883年研究的精密光学仪器，迈克尔逊是美国历史上第一 位获诺贝尔物理奖的自然科学家。 迈克尔逊干涉仪是一种分振幅的双光束干涉测量仪器， 是迈克尔逊（A.A.Michelson）设计制造的一种精密干涉测 量仪器，经过长期实验研究，主要用于测量光波波长、折射 率、物体的厚度及微小长度变化等，其精度可与光的波长比 拟。迈克尔逊干涉仪在历史发展史上起了很大的作用，迈克 尔逊及其合作者曾用此仪器做了“以太漂移”实验、用光波 波长标定米尺长度、推断光谱精细结构三项著名实验，第一 项实验解决了当时关于 “以太”的争论，为爱因斯坦建立狭 义相对论奠定了基础，第二项实现了长度单位的标准化（用 镉红光作为光源标定标准米尺长度，建立了以光波为基准的 绝对长度标准），第三项工作研究了光源干涉条纹可见度随 光程差变化的规律，并以此推断光谱。
2
明条纹 暗条纹
干涉条纹沿等厚线分布，故称为等厚干涉。
等 倾 干 涉 条 纹 等 厚 干 涉 条 纹
M2 M1 '
M2 M1 '
M2
与 M1 '
M1 ' M2
M1 ' M2
重合
M2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱM1 '
M2 M1 '
M2 M1 '
M1 ' M2
M1 ' M2
迈克尔逊干涉仪等倾干涉条纹
迈克尔逊干涉仪等厚干涉条纹
=｛
Kλ 明纹 （2K+1）λ/2 暗纹
等倾干涉条纹------同心圆环
k 2d cos i (2k 1) / 2 明条纹 暗条纹
条纹特点: • 1.i越小，级次越大，i=0时级次最高。 • 2.d增加时条纹涌出，d减小时条纹淹没。针对i=0 的中央条纹，当d增加（减小）半个波长时，便有 一个条纹涌出（淹没）。设涌出或淹没的条纹数N 则λ=2Δd/N. • 3.d增大时条纹变细变密，d减小时条纹变粗变疏 光程差只决定与入射角，为等倾干涉
实验仪器
1、迈克尔逊干涉仪； 2、氦-氖多光速激光器； 3、白炽灯
实 验 仪器介绍：
分光板
M1活动反光镜
补偿板
读数窗口
M2固定反 光镜
手轮 鼓轮
水平拉簧 垂直拉簧
标尺
主尺读数
实验原理
实验原理
点光源产生的非定域干涉条纹的形成
从光学角度看，E处的干涉图样和
M 1M 2
2d cos
实验内容
1.仪器调节
目测使激光头水平且大致和M2等高，细调激光头
位置使扩展光束均匀照满反射镜。
调节固定反射镜后的方位螺丝，使透过滤光片看到 的两排对应光点一一重合 装上观察屏，观察条纹的涌出和淹没。
2.观察等倾干涉图样并测量He—Ne激光的波长
He—Ne激光器和分光板之间放上扩束透镜，使发散 的激光束均匀照亮分光板，则在观察屏上看到同心圆环 条纹———这就是点光源形成的非定域干涉条纹。如果 圆心不在屏的中心，应调整镜座上的两个调节螺钉。 转动微动手轮，改变两个镜子之间的距离，即改变 空气膜的厚度，就可以看到屏的中心不断有条 纹“冒出”或“消失”。转动几次，找出条纹变化与 的 改变之间的关系。测出100个条纹变化（冒出或消失） 时平面镜移动的距离 ,测量三次并取平均值，代入公式 计算出He—Ne激光的波长。 按要求测量并将数据记入表格中。
注意事项：
（ 1 ）实验过程中，不允许触摸仪器中所 有的光学面。
（2）平面反光镜M 1、M 2背后的三个螺 钉 以及 两个微动拉簧 螺丝要 十分爱护 ， 只能轻微旋动，切勿用力旋转螺钉，
以免拧滑丝扣或把反射镜压坏。
注意事项：
(3)不要直视激光，以免损伤眼睛！
(4)镜后螺丝及拉簧一定要轻拧，且不可拧的过紧！ (5）不要调节活动反射镜后面的螺丝！ （6）测量时，注意避免螺距空回差！
3.调整方法
1、确定M1镜的位置。 2、均匀转松M1、 M2后的三个螺丝。 3、旋松M2的两个拉簧螺丝。 4、移动光源，使光源上的十字叉丝在视场的中心位置
7、调整零点。 8、转到手轮可以改变干涉条纹的间距和清晰度。
5.测单色光的波长
使M1沿光轴移动△d，将使 圆心处相干光束的光程差改 变，则将观察到条纹涌出(或 陷入),由此可用来测定光波 波长。若测知有N个环纹由中 心涌出（或陷入），则表明 M1改变的距离△d为 △d=N· λ/2 则波长λ为： λ=2△d/N
五、读数和测量应注意以下几个问题： 1、读数前:
2、读数方法： 三部分：主尺、窗口、鼓轮
手轮每转动一周， M1 镜移动 1mm，读数窗口里分为 100 个 小格，每小格为1/100mm。微动鼓轮每转动一周， M1镜移动 1/100mm ，鼓轮又分为 100 个小格，因此，它的每小格为 104mm，再估读一位。这样最小读数可估计到10-5mm量级。
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实验内容与步骤
一、调节迈克尔逊干涉仪
粗调：将迈克尔逊干涉仪三个底脚螺丝调平；两个平面 镜后面的调节螺钉松紧适当；镜座上的两个调节 螺钉松紧适当；转动粗调手轮，使两个平面镜到 分光板的距离大致相等。 细调：调节激光器使光束水平，并入射到分光板的中心 且使入射光与反射光基本重合，仔细耐心轻缓的调 节两个平面镜后面的螺钉，使两个平面镜反射到观 察屏上的发光最亮点严格重合，此时在观察屏上能 够看到很小范围的干涉条纹。说明迈克尔逊干涉仪 基本调好。