迈克耳孙干涉仪的调节和激光波长测定.docVIP

迈克耳逊干涉仪的调整和使用 ［实验目的］ 掌握迈克耳逊干涉仪的调节和使用方法，调节和观察迈克耳逊干涉仪产生的干涉图(非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉和白光干涉条纹)； 明确几种干涉条纹的形成条件、花纹特点、变化规律及相互间的区别，加深对干涉理论的理解 用迈克耳逊干涉仪测量He-Ne激光波长。 ［仪器与用具］ 迈克耳逊干涉仪；2.氦─氖激光器(包括电源)；3.扩束透镜；4.小孔光阑；5.白光光源；6.毛玻璃屏。? ［课件下载］ 点击下载 ［原理］ ??? 迈克耳逊干涉仪是用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器，与薄膜干涉相比，迈克耳逊干涉仪的特点是光源、两个反射面、接受器(观察者)四者在空间完全分开, 东西南北各据一方，便于在光路中安排其它器件。利用它既可观察到相当于薄膜干涉的许多现象( 如等厚条纹、等倾条纹以及条纹的各种变动情况)，也可方便地进行各种精密检测。它的设计精巧，用途广泛，不少其它干涉仪是由此派生出来的，故可以说， 迈克耳逊干涉仪是许多近代干涉仪原型. 1．仪器的结构要点 图15.1是干涉仪的光路图. 从光源S发出的光束射到玻璃板A上，A的前后两个面严格平行，后表面镀有铝或银的半反射膜, 光束被半反射膜分为两支, 图中用(1)表示反射的一支, 用(2)表示透射的一支. 因为A与平面镜M1和M2均成45°，所以两光束分别近于垂直入射M1、M2。两光经反射后在E处相遇，形成干涉条纹。B的作用是补偿光束(2)的光程，称为补偿板，其材料和厚度与A相同，但不镀反射膜，它能使光束(2)和光束(1)在玻璃中的光程相等。 反射镜M2是固定的，M1可在精密导轨上前后移动以改变两束光之间的光程差。M1的移动采用了蜗轮蜗杆传动系统, 其最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm。镜M1、M2 的背面各有三个螺丝，用以调节M1、M2平面的倾度，镜M2的下端还附有两个方向互相垂直的微动螺丝, 用以精确地调节M2的倾度。 2．干涉条纹的图样 迈克耳逊干涉仪所产生的两相干光束是从M1、M2反射而来，因此可以先画出M2被A反射所成的虚象M2，研究干涉花样时，M2和M2完全等效(见图15.1). 点光源产生的非定域干涉花样. 用凸透镜L会聚后的激光束，是一个线度小、强度足够的点光源，它向空间发射球面波，点光源经平面镜M1、M2反射后, 相当于两个虚光源S1、S2发出的相干光束(见图15.2)，S1、S2发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，因此是非定域的干涉花样。用平面的屏观察干涉花样时，不同的地点可以观察到圆、椭圆、双曲线、直线状的条纹（在迈克耳逊干涉仪中，放置屏的空间是有限的，只有圆和椭圆容易出现）。通常把屏放在垂直于S1、S2的联线上，对应的干涉花样是一组组同心圆，圆心在S1、 S2延长线和屏的交点E上. ? 下面分析非定域圆条纹的特性(见图15.2). S1、S2’到接收屏上任一点P的光程差为 。当r＜＜z时有ΔL= 2dcosθ，而cosθ≈1-θ2/2? ，θ≈r/z, 所以 ①亮纹条件：当光程差ΔL＝kλ时，有亮纹。其轨迹为圆:?????????????????? ? (15-1)若z、d不变，则r越小k越大。即靠中心的条纹干涉级次高，靠边缘(r大)的条纹干涉级次低。 ②条纹间距：令rk及rk-1分别为两个相邻干涉环的半径，根据式(15-1) 有 两式相减，得干涉条纹间距Δr 由此可见，条纹间距Δr的大小由四种因素决定； -- 越靠中心的干涉圆环(半径rk越小)，Δr越大,即干涉条纹中间稀边缘密。 -- d越小, Δr 越大, 即M1与M2’的距离越小, 条纹越稀, 距离越大,条纹越密.-- Z越大, Δr 越大, 即 点光源S、接受屏E及M1（M2）镜离分束板G1越远，则条纹越稀。 -- 波长越长，Δr越大。 ??? ③ 条纹的“吞吐”：缓慢移动Ml镜，改变d，可看见干涉条纹“吞”、“吐”的现象。这是因为对于某一特定级次为k1的干涉条纹(干涉环半径为rkl)有 跟踪比较，移动Ml镜，当d增大时，rkl也增大，看见条纹“吐”的现象。当d减小时，rkl也减小，看见条纹“吞”的现象。 对圆心处，有r=0，式(15-1)变成2d＝kλ。若M1镜移动了距离Δd，所引起干涉条纹“吞”或“吐”的数目N≡Δk，则有 2Δd＝Nλ?????????????? (15-2) ??? 所以，若已知波长λ，就可以从条纹的“吞”“吐”数目N，求得Ml镜的移动距离Δd，这就是干涉测长的基本原理。反之，若已知M1镜的移动距离Δd和条纹的“吞”“吐”数目N，由式(15-2）可求得波长λ。 扩展光源照明的定域干涉条纹 ??? 等倾干涉的花样 设M1、M2’互相平行，用扩展光源照明。对倾角δ相同的各光束，它们由上