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基础实验教学中心 迈克尔逊干涉仪的调整与使用 迈克尔逊干涉仪是对近代物理学和现代测量技术具有重要影响的光学仪器，掌握它的调整与使用方法有着重要意义。 迈克耳逊（ Albert Abrham Michelson ,1852 -1931），著名的实验物理学家，他一生研制了不少精密仪器，进行了许多有成效的实验。他设计了至今仍应用广泛的迈克尔逊干涉仪，当时用来测定地球相对于以太的运动，迈克尔逊—莫雷实验为相对论的建立提供了实验依据。由于他的杰出成就，荣获1907年度的诺贝尔物理学奖。 以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。 迈克尔逊干涉仪的结构 迈克尔逊干涉仪原理光路 M1和M2是平面反射镜，分别装在相互垂直的两臂上，M1固定， M2而可通过精密丝杆沿臂长的方向移动。 G1和G2是两块完全相同的玻璃板，在G1的后表面上镀有半透明的银膜，能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光。 M1和M2与G1和G2 成45°角倾斜安装。 G2称为补偿板，是为了使光束2也同光束1一样地三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。 由于G1的反射，使在M2 附近形成M1的一个虚像M1′，因此光束1 和光束2 的干涉等效于由M2 和M1′之间空气薄膜产生的干涉。 当调节M1使M1与M2相互精确地垂直，在屏幕上可观察到圆形的等倾干涉条纹，即两镜之间为薄膜干涉 。 迈克耳孙干涉仪光路图 当条纹为等倾条纹时，移动M2 ，相当于改变M2 和M1′之间空气薄膜的厚度，此时干涉条纹会出现条纹“缩入”或“冒出”的现象。 “缩入”或“冒出”的条纹数与移动距离的关系： 如果数出“缩入”或“冒出”的条纹数，由已知波长λ就可计算出Δd，这就是测量微小距离的原理； 反之，由读出的Δd也可测定入射光的波长，这也是测定单色光波长的一种方法。 如果M1与M2偏离相互垂直的方向，这时就能观察到等厚干涉条纹，即两镜之间为劈尖干涉。 点光源产生的非定域干涉 迈克耳逊干涉仪产生干涉的形成条件与条纹特点不仅与M1、M2的相对位置有关，而且与所用光源有关。 He－Ne激光用短焦距透镜会聚后是一个相干性很好的点光源，经M1、M2反射后的相干光束相当于两个虚点光源，由这两个虚点光源发出的球面波在空间处处相干，这种干涉称为非定域干涉，即在两束光相遇的空间内均能用观察屏接收到干涉图像。 实验内容 了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理，掌握其调节方法。 调节观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象。 测量氦氖激光的波长。 主要操作步骤 1、点亮激光器，使激光束经分光板Ｇ１分束，光线由Ｍ１、Ｍ２反射后，照射在观察屏上，看到两组分立的光斑，调节Ｍ１、Ｍ２背后的螺钉，使屏上两组光点完全重合。 ２、在激光器前光轴处，放一扩束镜，屏上即可出现干涉条纹，缓慢调Ｍ２镜旁的旋钮，使屏上干涉条纹呈圆形。 ３、调节微调旋钮，改变 Ｍ１、Ｍ２之间的距离，可以看到圆形条纹向外涌出或向内陷入。 实验中需注意的问题 迈克耳逊干涉仪是精密光学仪器，光学表面不能用手触摸。调节时动作要轻缓。 为了消除螺距差（空程差），调节及测量读数时，粗调手轮和微调鼓轮要向同一方向转动，中途不得倒退。 区分镜面间距(d)、光程差(2d)和光程差的变化(2△d)三个概念，弄清楚它们之间的关系。 思考题 １、在调等倾干涉条纹时，为什么条纹有一个由直变圆的渐变过程？ ２、用迈克尔逊干涉仪观察的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同？ ３、如何用迈克尔逊干涉仪测定通明物体的折射率？ 普通物理实验 M2 M1 E G2 G1 S 2 2? 1 1? 半透半反膜 等 倾 干 涉 条 纹 与 重 合 S p p L1 a b a1 b1 G1 G2 L2 A F a2 b2 M2 M1 M 2′ F 等 厚 干 涉 条 纹