9迈克尔逊干涉仪的调整与使用.docVIP

实验九 迈克尔逊干涉仪器的调整与使用 一、实验目的 熟悉迈克尔逊干涉仪的结构，掌握其调整方法。 通过实验观察，认识点光源等倾干涉条纹的形成条件和条纹特点。 用干涉条纹变化的特点，测定光源波长。 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器，扩束镜 三、实验原理 迈克尔逊干涉仪的光路 由干涉仪的结构，定性分析其干涉的原理，结合如图2，定性分析得出其干涉的图样为明暗相间的同心圆环 单色点光源的非定域干涉条纹 见图2，则两束光的光程差为： Ld时，展开上式并略去d2/L2，则有： 式中φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮条纹条件为： 由上式可见点光源非定域等倾干涉条纹的特点是： 当d、λ一定时，具有相同倾角φ的所有光线的光程差相同，所以干涉图为以光轴为圆心的同心圆环。 当d、λ一定时，如φ＝0，干涉圆环就在同心圆环中心处，其光程差为ΔL=2d为最大值，所以对应的干涉圆环越往外，其级次k也越低。 当k，λ一定时，如果d逐渐减小，则cosφ将增大，即 φ角逐渐减小，也就是说，同一k级条纹，当d减小时，该级圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩（吞）；如果d逐渐增大，同理，看到的现象是干涉圆环外扩（吐）。对于中央条纹，当内缩或外扩N次，则光程差变化为2Δd＝Nλ，式中Δd为d的变化量，所以有： 当d、λ一定时，相邻两级条纹有下列关系： 设 且考虑到都很小，则可得到： 式中，ΔΦk称为角距离，表示相邻两圆环对应的入射光的倾角差，反映圆环条纹之间的疏密程度，上式表明成反比关系，即环条纹越往外，条纹间角距离越小，条纹越密。 四、实验内容 迈克尔逊干涉仪的调整 借助水平仪调节迈克尔逊干涉仪的底脚螺钉，使仪器导轨水平。 调整激光器，使红色激光束水平的入射到M1，M2反射镜中部并基本垂直于仪器导轨。 调节M1、M2互相垂直，使光源经M1，M2所成像在观察屏上最亮的两点重合。 点光源非定域干涉条纹的观察和测量 将激光束用扩束镜扩束，以获得点光源。 调节M1镜下方微调拉簧，使产生圆环非定域干涉条纹，并观察d为定值时干涉条纹的特点。 移动M2镜，观察条纹变化的特点。 改变d值，使条纹外扩或内缩，用公式（2），测出激光的波长。要求圆环中心每吞（吐）60个条纹，即明暗交替变化60次记下一个d值，共测10个值。 五、 实验注意事项 在测量过程中注意防止空程，即“回程差”。 实验数据的处理用“逐差法”。 六、 问题讨论 数据的处理为什么用“逐差法”？ 为什么要用激光光源？ 光学实验讲义 用牛顿环干涉测透镜曲率半径 光具组基点的测定 测量空气的折射率 透明介质折射率的测定 平行光管的调整和使用 衍射现象的观察 偏振现象的观测与分析 用透射光栅测定光波波长 迈克尔逊干涉仪的调整与使用 图1 干涉光路 半透半反膜 G2 G1 M1’ M2 M1 图2 等倾干涉光路 P R E G M2 M1’ M1 S’ d S S2’ S1’ L 2d S