实验十迈克尔逊干涉的调整与使用.PDFVIP

实验十 迈克尔逊干涉仪的调整与使用 光的干涉现象是光的波动性的一种表现．当一束光被分成两束，经过不同路径再相遇 时，如果光程差小于该束光的相干长度，将会出现干涉现象．迈克尔逊干涉仪是一种利用 分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器．自 1881 年问世以来，迈克尔逊曾用它完成 了三个著名的实验：否定“以太”的迈克尔逊—莫雷实验，光谱精细结构和利用光波波长 标定长度单位．迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性．根 据迈克尔逊干涉仪的基本原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域． 【实验目的】 1．了解迈克尔逊干涉仪的结构原理和调节方法； 2 ．观察非定域干涉、定域等倾干涉、等厚干涉及白光干涉现象； 3 ．测量光波波长，了解条纹可见度等概念的物理意义． 【实验原理】 1．迈克尔逊干涉仪的结构原理 迈克尔逊干涉仪的典型光路如图 M 2 1 所示． M1 图中Μ 和Μ 是两面平面反射镜， 1 2 1 分别装在相互垂直的两臂上．Μ1位置 固定而Μ2可通过精密丝杆沿臂长方向 光源 移动；Μ 倾角固定而Μ 的倾角可通过 2 1 G 1 M 1 背面螺丝调节．G 和G 是两块完全相 1 2 2 G2 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，称为分光板．G1 和G 与M 和M 成 45℃角倾斜安装．由 2 1 2 光源发出的光束，通过分光板G1分成 E 反射光束 1 和透射光束 2 ，分别射向 M 和M ，并被反射回到G ．由于两束 图 1 迈克尔逊于涉仪的典型光路 2 1 1 光是相干光，从而产生干涉．干涉仪 中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(这对使用单色性不好的光源是必要的)． 由于G 银膜的反射，使在M 附近形成M 的一个虚象M ＇．因此，光束 1 和光束 2 的干 1 2 1 1 涉等效于由M 和M ＇之间空气薄膜产生的干涉． 2 1 2 ．等倾干涉(定域干涉) 如图 2 所示，波长为λ的光束y 经间隔为d 的上下两平面M 和M ＇反射，反射后的光束 2 1 分别为y 1和y 2 ． - 51 - 设y 经过的光程为l，y 经过的光程为l+ Δl， 1 2 AB = BD + ），如 Δl即为这两束光的光程差（Δ l 果入射角为 θ，则 l Δd2 cos θ 当 l d cos Δk 2 θ λ 时，为亮纹 图2 等倾干涉光路图