迈克尔逊干涉仪

3 等倾条纹和等厚条纹的调节与观察（选做） 等倾条纹和等厚条纹的调节与观察（选做）
非定域干涉条纹测激光波长做完后， 非定域干涉条纹测激光波长做完后，调节毛玻璃屏上 的同心圆条环最大，且圆心在亮斑中心。 的同心圆条环最大，且圆心在亮斑中心。在扩束镜和分 光板之间放一毛玻璃， 光板之间放一毛玻璃，使激光束经透镜发出的球面波漫 射成为扩展的面光源。观察M 镜方向的等倾条纹。 射成为扩展的面光源。观察 1镜方向的等倾条纹。进一 步调节M 镜微调螺钉， 步调节 2镜微调螺钉，使上下移动眼睛时个圆环的大小 不变，而仅仅是圆心随眼睛移动而移动， 不变，而仅仅是圆心随眼睛移动而移动，并且干涉条纹 反差大，此时M 镜与M 镜完全平行 镜完全平行， 反差大，此时 1镜与 2’镜完全平行，就可以看到严格的 等倾条纹。 等倾条纹。 微微转动M2镜的微调螺钉，此时M1镜与M2’镜不再平 微微转动 镜的微调螺钉，此时 镜与 镜不再平 转动粗调手轮， 镜前后移动， 行，转动粗调手轮，使M1镜前后移动，观察干涉条纹的 变化规律， 比较。 变化规律，并与图 比较。
δ ≈ 2d − dθ 2
等厚干涉原理
4 钠黄光双线波长差的测量
钠光源的两条临近强谱线的波长λ 和 ，移动M1， 钠光源的两条临近强谱线的波长λ1和λ2，移动 ，当光程 1 差满足 ∆L = 2d = K1λ2 = (K2 + )λ1 光形成的明条纹处λ 光形成暗条纹。 时， λ2光形成的明条纹处λ1光形成暗条纹。这时条纹的对比 光形成的明条纹处 光形成暗条纹 度最小。 度最小。 当M1镜继续移动时，两个条纹继续错开，条纹的对比度又逐 镜继续移动时， 镜继续移动时 两个条纹继续错开， 渐增加，条纹逐渐清晰。当 渐增加，条纹逐渐清晰。 1 ∆L′ = 2d′ = (K1 + K)λ2 = [K2 + (K +1) + ]λ1 2 条纹的对比度再次减小。由上述两式， 时，条纹的对比度再次减小。由上述两式，可得钠双线的波 长差 2
4 测量钠光双线波长差
（1）以钠光为光源，使其照射到毛玻璃屏并形成均匀的 ）以钠光为光源， 扩束光源以便于增强条纹的亮度。 扩束光源以便于增强条纹的亮度。在毛玻璃屏与分光 镜P之间放一叉线并进行观察。这时可出现干涉条纹， 之间放一叉线并进行观察。这时可出现干涉条纹， 之间放一叉线并进行观察 仔细慢慢调节M 镜下的水平微调螺丝和竖直微调螺丝， 仔细慢慢调节 2镜下的水平微调螺丝和竖直微调螺丝， 使条纹呈圆形。 使条纹呈圆形。 （2）缓慢移动M1镜，使视场中心的可见度最小，记下 ）缓慢移动 使视场中心的可见度最小， M1镜的位置 1，再沿原来方向移动 1镜，直到可见度 镜的位置d 再沿原来方向移动M 最小，记下M 镜的位置d 即得到Δ 最小，记下 1镜的位置 2，即得到Δd。 重复上述步骤3 代入（ （3）重复上述步骤3次，求得 ∆ d 代入（2）式，计算出 钠光的双线波长差 ∆λ
迈克耳逊干涉仪光路图 迈克耳逊干涉仪光路图
1 点光源产生的非定域干涉花样
由氦氖激光经扩束镜汇聚形成的 点光源S发出的光经平面镜 发出的光经平面镜M 点光源 发出的光经平面镜 1和 M2反射后，相当于两虚光源 1’和 反射后，相当于两虚光源S 和 S2’发出的相干光束。 S1’与S2’间 发出的相干光束。 与 间 发出的相干光束 的距离为M 的距离d的两倍 的两倍。 的距离为 1和M2的距离 的两倍。 虚光源S 和 发出的球面波在其 虚光源 1’和S2’发出的球面波在其 相遇的空间处相干， 相遇的空间处相干，只要观察屏 放在两点光源发出光波的重叠区 域内，都能看到干涉现象， 域内，都能看到干涉现象，这种 干涉叫非定域干涉。 干涉叫非定域干涉。 虚光源S 、 到屏上任一点 到屏上任一点A的 虚光源 1’、S2’到屏上任一点 的 光程差
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验目的 实验仪器 实验原理 实验步骤 数据记录与处理 注意事项
山东交通学院大学物理实验中心
[实验目的] 实验目的]
了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔 逊干涉仪的结构。 逊干涉仪的结构。 掌握迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。 掌握迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。 观察非定域干涉条纹、定域干涉条纹， 观察非定域干涉条纹、定域干涉条纹，测 量单色光（氦氖激光）的波长。 量单色光（氦氖激光）的波长。 测量钠光灯的双线波长差。 测量钠光灯的双线波长差。
[数据记录与处理] 数据记录与处理]
1.数据记录 数据记录
次数 N d0/mm d100/mm ∆d/mm
1 2 3 4 5 6
λ标准 = 632.81nm
2.数据处理 数据处理
（1）计算激光波长 ） （2）写出测量结果 ） 和不确定度 U 。 λ
λ
λ = λ ±Uλ
Eλ =
λ − λ标 λ标
×100%
2
等倾干涉
薄膜等倾干涉是分振幅干涉。 薄膜等倾干涉是分振幅干涉。 设薄膜上下表面平行。如图 设薄膜上下表面平行。 a1与a2的光程差为 δ 与 的光程差为
= 2d cosθ
即入射角相同的点的光程差
δ相同，故称等倾干涉。干涉 相同，故称等倾干涉。
图样为同心圆 。条纹方程
(明环 ) Kλ 2d cosθ = λ (2K +1) （暗 环） 2 干涉图象中，随着d 干涉图象中，随着 的增大
若上下底面不平行， 若上下底面不平行，光线 经上下表面反射后得到的 一对相干光a 一对相干光 1与a2，将不 再平行，如图。 再平行，如图。设某处膜 的厚度为d,如果入射角 如果入射角θ 的厚度为 如果入射角 都很小时， 以及的夹角α都很小时， 两束相干光的光程差δ为 两束相干光的光程差δ 干涉条纹沿等厚线分布， 干涉条纹沿等厚线分布，故称 为等厚干涉。 很小时， 为等厚干涉。θ很小时，δ=2d， 干涉图样是等距离分布的明暗 相间的直条纹； 相间的直条纹；离中央条纹较 dθ 2 远处， 影响较大， 远处， 影响较大，条纹弯 曲凸向中央条纹，离交线越远， 曲凸向中央条纹，离交线越远， 条纹越弯曲。 条纹越弯曲。
或减小，条纹从中心“冒出” 或减小，条纹从中心“冒出”
等倾干涉光路图
或向中心“缩入” 移动∆ 时 的变化量为N则 或向中心“缩入” 。设M1移动∆d时，K的变化量为 则∆ ，即可求出波长λ 数出 个条纹对应的∆d，即可求出波长λ。 个条纹对应的
2
3 等厚干涉
[实验仪器] 实验仪器]
迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器， 迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器，钠光 白炽灯，毛玻璃屏，扩束镜等。 灯，白炽灯，毛玻璃屏，扩束镜等。
[实验原理] 实验原理]
光源S发出的光经过分束 光源 发出的光经过分束 半反镜） 板（半反镜）G1以后就分成 强度相同两束光1和 ，光束1 强度相同两束光 和2，光束 经过补偿板G 经过补偿板 2以后由固定反 射镜M 射镜 1反射回来再一次经过 补偿板G 和半反镜G 补偿板 2和半反镜 1射向观 测屏P;同时光束2经过平面 测屏 ;同时光束 经过平面 反射镜M 反射， 反射镜 2反射，穿过补偿板 G1也射向观测屏；由于两束 也射向观测屏； 光是相干光， 光是相干光，所以就可以在 观测屏观察到干涉现象。用 观测屏观察到干涉现象。 迈克尔逊干涉仪可观察非定 域干涉和定域干涉，定域干 域干涉和定域干涉， 涉又分为等倾干涉和等厚干 涉。
2 测量激光波长
（1）读数系统的调整。在整个测量过程中只能以同方向转动 ）读数系统的调整。 微调手轮使M 镜移动， 微调手轮使 1镜移动，开始测量前应将微调手轮转动若干 直到干涉条纹稳定移动后方可开始计数测量。 周，直到干涉条纹稳定移动后方可开始计数测量。 （2）用非定域干涉条纹测激光波长。缓慢转动微调手轮，让 ）用非定域干涉条纹测激光波长。缓慢转动微调手轮， 调好的非定域干涉条纹“涌出” 淹没”）。记下当 调好的非定域干涉条纹“涌出”（或“淹没”）。记下当 条纹中心最亮和当干涉条纹“涌出” 淹没” 条纹中心最亮和当干涉条纹“涌出”（“淹没”）的条纹 将数据填入表格， 数N=100时M1镜位置读数 0、d100，将数据填入表格，重 时 镜位置读数d 复测量6次 复测量 次。 （3）根据（1）式计算出波长λ。计算不确定度，并与标准 ）根据（ ）式计算出波长λ 计算不确定度， 值比较，求出相对误差。 值比较，求出相对误差。
2
λ2 − λ1 =
λ
2∆d
（2） ）
[实验步骤] 实验步骤]
1 迈克耳逊干涉仪的调节和观察激光非定域干涉条纹 （1） 调节干涉仪式导轨大致水平，调节粗调手轮，使活动 ） 调节干涉仪式导轨大致水平，调节粗调手轮， 镜大致移至导轨30mm刻度处，使M1、M2镜与分束镜上 刻度处， 镜大致移至导轨 刻度处 反射膜的距离大致相等。调节倾度微调螺丝， 反射膜的距离大致相等。调节倾度微调螺丝，使其拉簧 松劲适中，使氦氖激光器大致垂直于M 松劲适中，使氦氖激光器大致垂直于 2。 相互垂直。 （2）调节 1和M2相互垂直。 ）调节M 3） 在氦氖激光器的实际光路中加入扩束镜， （3） 在氦氖激光器的实际光路中加入扩束镜，使扩束光照 在分束镜上，此时屏上一般会出现干涉条纹，细调M 在分束镜上，此时屏上一般会出现干涉条纹，细调 2镜 水平微调螺丝和竖直微调螺丝， 水平微调螺丝和竖直微调螺丝，直到眼睛晃动观察时无 条纹移动，说明M 完全垂直。 条纹移动，说明 1和M2完全垂直。观察屏上出现环状非 定域干涉条纹。如果没有出现干涉条纹， 定域干涉条纹。如果没有出现干涉条纹，应该移走扩束 从头再调。 镜，从头再调。 （4） 观察条纹变化，熟悉仪器的使用。转动干涉仪的微调 ） 观察条纹变化，熟悉仪器的使用。 手轮，观察条纹“涌出” 淹没” 判别M 手轮，观察条纹“涌出”和“淹没”，判别 1与M2’间的 间的 距离d的变化 观察条纹粗细、疏密情况，判断d的变化 的变化， 的变化， 距离 的变化，观察条纹粗细、疏密情况，判断 的变化， 进行比较，待操作熟练后，将条纹调好， 且与图 进行比较，待操作熟练后，将条纹调好，准备测 量。