迈克尔逊干涉仪的调整与使用.doc

成都信息工程学院
物理实验报告
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实验日期：实验教室：指导教师：

【实验名称】迈克尔逊干涉仪的调整与使用
【实验目的】
1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构，学习其调节方法；
2．调节非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉条纹，了解非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉的形成条件及条纹特点；
3．利用白光干涉条纹测定薄膜厚度。
【实验仪器】
迈克尔逊干涉仪（20040151），He-Ne激光器（20001162），扩束物镜
【实验原理】
迈克尔逊干涉仪

图1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图

G1和G2是两块平行放置的平行平面玻璃板，它们的折射率和厚度都完全相同。G1的背面镀有半反射膜，称作分光板。G2称作补偿板。M1和M2是两块平面反射镜，它们装在与G1成45º角的彼此互相垂直的两臂上。M2固定不动，M1可沿臂轴方向前后平移。
由扩展光源S发出的光束，经分光板分成两部分，它们分别近于垂直地入射在平面反射镜M1和M2上。经M1反射的光回到分光板后一部分透过分光板沿E的方向传播，而经M2反射的光回到分光板后则是一部分被反射在E方向。由于两者是相干的，在E处可观察到相干条纹。
光束自M1和M2上的反射相当于自距离为d的M1和M2ˊ上的反射，其中M2ˊ是平面镜M2为分光板所成的虚像。因此，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉与厚度为d、没有多次反射的空气平行平面板所产生的干涉完全一样。经M1反射的光三次穿过分光板，而经M2反射的光只通过分光板一次，补偿板就是为消除这种不对称性而设置的。
双光束在观察平面处的光程差由下式给定：
Δ＝2dcosi
式中：d是M1和M2ˊ之间的距离，i是光源S在M1上的入射角。
迈克尔逊干涉仪所产生的干涉条纹的特性与光源、照明方式以及M1和M2之间的相对位置有关。
2．等倾干涉
如下图所示，当M2与M1严格垂直，即M2ˊ与M1严格平行时，所得干涉为等倾干涉。干涉条纹为位于无限远或透镜焦平面上明暗的同心圆环。干涉圆环的特征是：内疏外密。由等倾干涉理论可知：当M1、M2′之间的距离d减小时，任一指定的K级条纹将缩小其半径，并逐渐收缩而至中心处消失，即条纹“陷入”；当d增大，即条纹“外冒”，而且M1与M2′的厚度越大，则相邻的亮（或暗）条纹之间距离越小，即条纹越密，越不易辨认。每“陷入”或“冒出”一个圆环，d就相应增加或减少λ/2的距离。如果“陷入”或“冒出”的环数为N，d的改变量为Δd，则：Δd=N*λ/2
则：λ＝2Δd／N
若已知Δd和N，就可计算出λ。

i2

a1
i1
b1

【实验内容及步骤】
（一）调整迈克尔逊干涉仪，观察非定域干涉、等倾干涉的条纹
对照实物和讲义，熟悉仪器的结构和各旋钮的作用；
点燃He—Ne激光器，使激光大致垂直M1。这时在屏上出现两排小亮点，调节M1和M2背面的三个螺钉，使反射光和入射光基本重合（两排亮点中最亮的点重合且与入射光基本重合）。这时，M1和M2大致互相垂直，即M1／、M2大致互相平行。
在光路上放入一扩束物镜组，它的作用是将一束激光汇聚成一个点光源，调节扩束物镜组的高低、左右位置使扩束后的激光完全照射在分光板G1上。这时在观察屏上就可以观察到干涉条纹（如完全没有，请重复上面步骤）再调节M1下面的两个微调螺丝使M1／、M2更加平行，屏上就会出现非定域的同心圆条纹。
观察等倾干涉的条纹。
（二）测量He—Ne激光的波长
回到非定域的同心圆条纹，转动粗动和微动手轮，观察条纹的变化：从条纹的“涌出”和“陷入”说明M1／、M2之间的距离d是变大？变小？观察并解释条纹的粗细、疏密和d的关系。
将非定域的圆条纹调节到相应的大小（左边标尺的读数为32mm附近），且位于观察屏的中心。
转动微动手轮使圆条纹稳定的“涌出”（或“陷入”），确信已消除“空回误差”后，找出一个位置（如刚刚“涌出”或“陷入”）读出初始位置d1。
缓慢转动微动手轮，读取圆条纹“涌出”或“陷入”中心的环数，每50环记录相应的d2、d3、d4……
反方向转动微动手轮，重复②、③记录下“陷入”（或“涌出”）时对应的di/。
数据记录参考表（如上），按公式计算出He—Ne激光的波长。用与其理论值相比较得出百分差表示出实验结果。
【注意事项】
任何光学面不得用手摸，如需要用镜头纸轻轻擦拭。
本实验的重点和难点是粗调即步骤③，需反复调节M1和M2背面的三个螺钉，但必须均匀调节，否则会造成仪器的损坏。
由于迈克尔逊干涉仪的测量精度较高，反方向转动微动手轮测量另一组数据时，一般需要转动20多圈方可消除“空回误差”，这时也可直接反方向转动粗动手轮达到消除“空回误差”的目的
【数据记录】
1.测量He—Ne激光的波长：
Ki涌出陷入di(mm)Δdi(mm)di/(mm)Δdi/(mm)K054.7