迈克尔逊干涉仪的调整和使用.doc

迈克尔逊干涉仪的调整和使用
一、教学目的
（1） 了解迈克尔逊干涉仪的原理结构，学习调节和使用方法。
（2） 观察等倾,等厚干涉现象。
（3） 测量He-Ne激光波长。

二、教学重点
（1） 迈克尔逊干涉仪的原理和结构
（2） 迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法
（3） 迈克尔逊干涉仪的应用

三、课堂提问
（1） 什么是非定域干涉？
（2） 迈克尔逊干涉仪是怎样实现非定域干涉的？
（3） 非定域干涉条纹和牛顿环的相同和不同之处是什么？

四、实验仪器

补偿板

微调手轮
He－Ne激光器
迈克尔逊干涉仪
分光板
固定反射镜
移动反射镜
光阑孔
观察屏
粗调手轮
读数窗
五、实验原理
图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。光源上一点发出的光线射到半透明层K上被分为两部分光线“1”和“2”。光线“2”射到M2上被反射回来后，透过G1到达E处；光线“1”透过G2射到M1，被M1反射回来后再透过G2射到K上，反射到达E处。这两条光线是由一条光线分出来的，故它们是相干光。光线“1”也可看作是从M1在半透明层中的虚像M1ˊ反射来的。在研究干涉时，M1ˊ与M1是等效的。调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象可以等效为M1ˊ与M2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。
用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源，它向空间发射球面波，从反射后可看成由两个光源发出的（见图2），至屏的距离分别为点光源S从 反射至屏的光程，21 MM和21SS和′)(21SS或)(1211GMMG和或和21SS和′的距离为M1ˊ和M2之间距离的二倍， d
2 G1
k
1
即2d。虚光源发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，这种干涉是非定域干涉。如果把屏垂直于21SS和′21SS和′的连线放置，则我们可以看到一组同心圆，圆心就是连线与屏的交点。如图2，由到屏上的任一点A，两光线的程差21SS和′21SS′L可得：
δcos2dL= （1）
由式（1）可知：
（1）当0=δ 时程差最大，即圆心E点所对应的干涉级别最高。
当移动的距离增大时，圆心干涉级数越来越高，我们就可以看到圆条纹一个21MMdM1 M2 '1M 激光E 图2 非定域干涉
一个从中心“冒”出来，反之当d减小时，圆条纹一个一个地向中心“缩”进去。每当“冒”出或“缩”进一条条纹时，就增加或减小d2λ，所以测出“冒出”或“缩进”的条纹数目，由已知波长NΔλ就可求得移动的距离，这就是利用干涉测长法；反之，若已知移动的距离，则就可求得波长，它们的关系为： 1M1M
2λNdΔ=Δ （2）
即NdΔΔ=2λ （3）
（2）增大时，程差dL每改变一个波长λ所需的δ的变化值减小，即两亮环（或两暗环）之间的间隔变小。看上去条纹变细变密。反之减小，条纹变粗变稀。 d
六、实验步骤
1. 仪器的调节
（1）使He-Ne激光束大致垂直于M1，即调节He-Ne激光器高低左右位置，使反射回来的光束按原路返回。
（2）装上观察屏E，可看到分别由M1和M2反射至屏的两排光点，每排四个光点，中间两个比较亮，旁边两个比较暗。调节M1和M2背面的三个螺钉，使两排光点一一重合，这时M1与M2大致互相垂直。
（3）用He-Ne激光器照在G1上，此时一般在屏上会出现干涉条纹，再调节细调拉簧微动螺钉，使能看到位置适中、清晰的圆环状非定域干涉条纹。观察条纹变化。转动粗调手轮，可看到条纹的“冒出”或“缩进”。判别M1ˊM2之间的距离d是变大还是变小。
2. 测量He-Ne激光波长
仔细转动微调鼓轮，使条纹的变化处于“缩进”，当圆形条纹中间的一条缩为一暗点时，记录读数d；再向同一方向转动微调鼓轮，同时读取条纹变化的数目，每次数到50记录一次读数，共测量10组数据。每次测量时，也都使中间的一条暗纹刚好缩为一暗点时，再记录读数。应用逐差法加以处理，求出每冒出Δk条条纹时所对应的Δd的值，代入式(3)计算λ，写出结果表达式。
七、数据记录
nm50＝仪Δ i
圈数 N
位置id
iiiddd−=Δ+5
,2NdiiΔΔ=λ)250(=ΔN
1
0
2
50
3
100
4
150
5
200
6
250
=
7
300
8
350
9
400