迈克尔逊干涉仪的调整及应用

实验五迈克尔逊干涉仪的调整及应用

一、实验目的

1.了解迈克尔逊干涉仪的原理及结构。

2.学会迈克尔逊干涉仪的调整，基本掌握其使用方法。

3.观察各种干涉现象，并能利用等倾条纹的变化测量钠光波长。

二、实验原理

迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生的双光束干涉，原理如图5—1所示：

图 5—1

从光源S 发的光照射到分光镜G1上，光被分成两束，反射光入射到平面反射镜M1,透射光经补偿镜G2入射到平面反射镜M2，两束光分别被M1、M2反射，重新在G1处会合，若满足相干条件就会产生干涉效应。

迈克尔逊干涉仪产生干涉的原理与“空气平板”所产生的干涉相同，在测量光波长时，首先将仪器调出较少

等倾条纹，仪器的附加光程为入/2。则中央处的光程差：

Δ=2h+入/2 （5 — 1）式中： h — M1与M2’之间的距离 入 — 光源的波长

若中央调成一个暗斑时，则光程差

Δ=（m + ）入 （5 — 2）由式（1 — 1） 和 （1 — 2）得：:

2 h = m入 2Δh = Δm入

其中： Δh = h

1 - h

2

Δm = m

1

- m

2

式中： Δh — M

1

移动的距离

Δm — 暗斑变化的次数

当 Δm = 1时, 则Δh = 入/2 就是说，当中心暗斑变化一次（即移动一个条纹）时，M1移动了入/2的距离，以:

入 = 2Δh/Δm (5 — 3)

用上式就可计算出被测光源的波长。

三、实验仪器

1.迈克尔逊干涉仪 一台

2.钠光光源 一台

3.白炽灯 一台

四、实验内容及步骤

实验内容

1.观察干涉条纹(等倾干涉;等厚干涉;白光干涉)

2.测量钠光波长

实验步骤

1.迈克尔逊干涉仪的调整

仪器结构简图如图5—2所示:

图 5－2

（1）开启纳光灯。（纳光灯窗口有一毛玻璃，表面刻划一个十字叉丝）

（2）目测反射镜M1、M2到G1的距离近似相等。通过旋转粗调手轮移动M1，使M1调整至适当位置。

（3） 判断两束光是否相遇。首先观察光源中的十字叉丝经M1、M2的反射像，若如图5—3所示，两叉丝像重合说明两束光相遇，如图5—4，5—5，5—6所示说明两束光未相遇，则需调节M2上三个微调螺丝。

图5—3 图5—4 图5—5 图5—6

2.观察干涉条纹

（1）当平面反射镜M

1和M

2

不垂直时，由E方向观察视场中形成平行等间距直条纹，为何种条纹？其条纹间距大

与什么有关。

（2）若继续调节M

2上三个螺钉及M

2

下方两手轮，使得M

1

与M

2

垂直，由E方向观察视场，可以看到由同心组成的

涉环，这就是等倾干涉条纹。

（3）再通过旋转粗调手轮，改变M1的位置，使干涉场中只有几条较粗的条纹（直条纹、圆条纹均可），此时

M 1、M

2

到G

1

间的光程近似相等（光程差近似等于零），换上白炽灯，继续调节微动手轮，（在仪器的右边）就可以

观察到彩色条纹。

3.测量钠光波长

（1）先将仪器调出较少的等倾干涉条纹，使中心出现一个暗斑。

（2）要求旋转微动手轮，使条纹变化50次，测出Δh。

（3）计算出波长。

注意事项

1.测量过程中要匀速旋转微动手轮，不可太快，否则条纹变化很快，容易出现变化次数漏记现象，造成较大测量误差。

2.注意消除读数机构中螺纹空程带来的读数误差，提高测量精度。

五、思考题

1. 为什么用单色光调出干涉条纹换上的白炽灯后就看不到条纹？在什么条件下可以同时看到白光和单色光产生的干涉条纹？

2. 等倾干涉条纹的疏密程度与M1和M2组成的“空气平板”厚度关系？实际中如何判断“空气平板”厚度的增减？（请用实验现象说明）