[2017年整理]实验报告：迈克尔孙干涉仪的调节和使用.docVIP

实验十四 迈克尔孙干涉仪的调节和使用 实验时间：2011.04.21 实验人：陈燕纯 实验概述 【实验目的及要求】 1．了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理。 2．学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。 ３．观察等倾干涉条纹，测量He－Ne激光的波长。 ４．观察等厚干涉条纹，测量钠光的双线波长差。 【仪器及用具】 迈克尔逊干涉仪、H e－Ne激光器、钠光灯、低压汞灯、干涉滤光片、叉丝、白炽灯。 【实验原理】 迈克尔逊干涉仪的工作原理如图3所示，M1、M2为两垂直放置的平面反射镜，分别固定在两个垂直的臂上。P1、P2平行放置，与M2固定在同一臂上，且与M1和M2的夹角均为45度。M1由精密丝杆控制，可以沿臂轴前后移动。P1的第二面上涂有半透明、半反射膜，能够将入射光分成振幅几乎相等的反射光、透射光，所以P1称为分光板（又称为分光镜）。光经M1反射后由原路返回再次穿过分光板P1后成为光，到达观察点E处；光到达M2后被M2反射后按原路返回，在P1的第二面上形成光，也被返回到观察点处。由于光在到达E 处之前穿过P1三次，而光在到达E处之前穿过P1一次，为了补偿、两光的光程差，便在M2所在的臂上再放一个与P1的厚度、折射率严格相同的P2平面玻璃板，满足了 、两光在到达E 处时无光程差，所以称P2为补偿板。由于、光均来自同一光源S ，在到达P1后被分成、两光，所以两光是相干光。 综上所述，光线是在分光板P1的第二面反射得到的，这样使M2在M1的附近（上部或下部）形成一个平行于M1的虚像M2＇，因而，在迈克尔逊干涉仪中，自M1 、M2的反射相当于自M1、M2＇的反射。也就是，在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉相当于厚度为的空气薄膜所产生的干涉，可以等效为距离为2d的两个虚光源S1和S2＇发出的相干光束。即M1和M2＇反射的两束光程差为 （1） 两束相干光明暗条件为 式（2）中为反射光在平面反射镜M1上的反射角，为激光的波长，为空气薄膜的折射率，为薄膜厚度。 凡相同的光线光程差相等，并且得到的干涉条纹随M1和M2‘的距离而改变。当时光程差最大，在点处对应的干涉级数最高。由（2）式得 (3) (4) 由（4）可得，当改变一个1/2时，就有一个条纹“涌出”或“陷入”，所以在实验时只要数出“涌出”或“陷入”的条纹个数，读出的改变量就可以计算出光波波长的值 (5) 从迈克尔逊干涉仪装置中可以看出，发出的凡与M2的入射角均为的圆锥面上所有光线，经M1与M2＇的反射和透镜的会聚于的焦平面上以光轴为对称同一点处；从光源S2上发出的与S1中a平行的光束b，只要i角相同，它就与、的光程差相等，经透镜L会聚在半径为的同一个圆上，如图所示。 迈克尔逊干涉仪的调整： （１）按图3所示安装H e－Ne激光器和迈克尔逊干涉仪。打开H e－Ne激光器的电源开关，光强度旋扭调至中间，使激光束水平地射向干涉仪的分光板P1。 （２）调整激光光束对分光板P1的水平方向入射角为45度。 如果激光束对分光板P1在水平方向的入射角为45度，那么正好以45度的反射角向动镜M1垂直入射，原路返回，这个像斑重新进入激光器的发射孔。调整时，先用一张纸片将定镜M2遮住，以免M2反射回来的像干扰视线，然后调整激光器或干涉仪的位置，使激光器发出的光束经P1折射和M1反射后，原路返回到激光出射口，这已表明激光束对分光板P1的水平方向入射角为45度。 （３）调整定臂光路 将纸片从M2上拿下，遮住M1的镜面。发现从定镜M2反射到激光发射孔附近的光斑有四个，其中光强最强的那个光斑就是要调整的光斑。 为了将此光斑调进发射孔内，应先调节M2背面的3个螺钉，改变M2的反射角度。微小改变M2的反射角度再调节水平拉簧螺钉15和垂直拉簧螺钉16，使M2转过一微小的角度。特别注意，在未调M2之前，这两个细调螺钉必须旋放在中间位置。 （４）拿掉M1上的纸片后，要看到两个臂上的反射光斑都应进入激光器的发射孔，且在毛玻璃屏上的两组光斑完全重合，若无此现象，应按上述步骤反复调整。 （５）用扩束镜使激光束产生面光源，按上述步骤反复调节，直到毛玻璃屏上出现清晰的等倾干涉条纹。 实验内容 【实验步骤与内容】（应包括主要实验步骤、观察到的现象、变化的规律以及相应的解释等） 1、仪器调节。 调节激光束的高度和方向； 调节M1、M2的位置为近似等光程（35mm处）； 读数系统的零点调整； 调节激光器使激光束垂直于 M1、M2 。 2、观察点光源产生的非定域干涉条纹。 3、测量He-Ne激光的波长。 测量激光的波长： （1）迈克尔逊干涉仪的手轮操作和读数练习 ★按原理１中