迈克尔逊干涉仪PPT课件

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
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[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。
▪ 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，测
量单色光（氦氖激光）的波长。 ▪ 测量钠光灯的双线波长差。
及的夹角α都很小时，两
束相干光的光程差为
2dd2
干涉条纹沿等厚线分布，故称为
等厚干涉。θ很小时，=2d，干
涉图样是等距离分布的明暗相间 的直条纹；离中央条纹较远处，d 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。
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等厚干涉原理
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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1和2，移动M1，当光程
在水分平束微镜调上螺，丝此和时竖屏直上微一调般螺会丝出，现直干到涉眼条 睛纹晃，动细观调察时M2无镜条 纹域移干动涉，条说纹明。如M1果和没M有2完出全现垂干直涉。条观纹察，屏应上该出移现走环扩状束非镜定， 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
手距轮离d，的观变察化条，纹观“察涌条出纹”粗和细“、淹疏没密”情，况判，别判M断1与dM的2变’间化的，
长差
2
1
2
2d
（2）
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[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 镜反大射致膜移的至距导离轨大致30相m等m刻。度调处节，倾使度M微1调、螺M2丝镜，与使分其束拉镜簧上松 劲适中，使氦氖激光器大致垂直于M2。
（2）调节M1和M2相互垂直。 （3） 在氦氖激光器的实际光路中加入扩束镜，使扩束光照
且与图 进行比较，待操作熟练后，将条纹调好，准备测
量。
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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 微调手轮使M1镜移动，开始测量前应将微调手轮转动若干 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 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”）的条纹 数N=100时M1镜位置读数d0、d100，将数据填入表格，重复 测量6次。
S1’S2’的光程差改变一个波长λ。设M1移动距离Δd时，“涌 出”或“淹没”的条纹数为N，则
2d/N (1)
这样在迈克耳逊干涉仪上读出 d，数出条纹变化N，就可
以求出光波波长λ。
（2）d较大时，干涉条纹级别较高，且又细又密；
d较小时，干涉条纹级别较低，且又粗又疏。
（3）若将λ作为标准值，测出“涌出”或“淹没”N个圆环的d 实
2dcos (K2K 1)2（(明暗环环 ) ）
干涉图象中，随着d 的增大
或减小，条纹从中心“冒出”
等倾干涉光路图
或向中心“缩入” 。设M1移动d时，K的变化量为N则
d N 数出N个条纹对应的d，即可求出波长。
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3 等厚干涉
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a1与a2，将不 再平行，如图。设某处膜 的厚度为d,如果入射角θ以
微微转动M2镜的微调螺钉，此时M1镜与M2’镜不再平行， 转动粗调手轮，使M1镜前后移动，观察干涉条纹的变化 规律，并与图 比较。
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[实验仪器]
迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器，钠光 灯，白炽灯，毛玻璃屏，扩束镜等。
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源自文库
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[实验原理]
光源S发出的光经过分束 板（半反镜）G1以后就分成 强度相同两束光1和2，光束1 经过补偿板G2以后由固定反 射镜M1反射回来再一次经过 补偿板G2和半反镜G1射向观 测屏P;同时光束2经过平面 反射镜M2反射，穿过补偿板 G1也射向观测屏；由于两束 光是相干光，所以就可以在 观测屏观察到干涉现象。用 迈克尔逊干涉仪可观察非定 域干涉和定域干涉，定域干 涉又分为等倾干涉和等厚干 涉。
虚光源S1’、S2’到屏上任一点A的 光程差
2dcos(k2k1)（ /2明 （纹 暗） 纹 . ）
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（1） 0 时的光程差最大，观察屏上圆心处对应干涉条纹的 级别最高。d增大时，若级别k一定，θ增大，条纹从中心用 出向外扩张；d减小时，若k一定，θ减小，条纹向中心收缩， 最后“淹没”在中心。每“涌出”或“淹没”一个明圆环，
（M1移动的距离），与(1)式算出的理论值比较，可以校正仪 器传动系统的误差。
（4）若将传动系统作为基准，则由N和 d 实可测定单色光源
的波长λ。
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2 等倾干涉
薄膜等倾干涉是分振幅干涉。
设薄膜上下表面平行。如图
a1与a2的光程差为 2dcos
即入射角相同的点的光程差
相同，故称等倾干涉。干涉
图样为同心圆 。条纹方程
（3）根据（1）式计算出波长λ。计算不确定度，并与标准 值比较，求出相对误差。
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3 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，调节毛玻璃屏上 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，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M1镜方向的等倾条纹。进一步调 节M2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，并且干涉条纹反差大， 此时M1镜与M2’镜完全平行，就可以看到严格的等倾条纹。
差满足
L2dK 12(K21 2)1
时， 2光形成的明条纹处1光形成暗条纹。这时条纹的对比
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
渐增加，条纹逐渐清晰。当
L 2 d (K 1 K )2 [K 2 (K 1 ) 1 2 ]1
时，条纹的对比度再次减小。由上述两式，可得钠双线的波
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迈克耳逊干涉仪光路图
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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M1和M2 反射后，相当于两虚光源S1’和S2’ 发出的相干光束。 S1’与S2’间的距 离为M1和M2的距离d的两倍。虚 光源S1’和S2’发出的球面波在其相 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，这种干涉叫非 定域干涉。