文档介绍：迈克耳孙干涉仪实验报告
实验目的
1、了解迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理,掌握其调试方法
2、学会观察非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及光源的时间相干性,空间相干性等重要问题。
实验原理
1. 迈克尔逊干涉仪的光路
迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式,。从光源发出的一束光,在分束镜的半反射面上被分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2。反射光束1射出后投向反射镜,反射回来再穿过;光束2经过补偿板投向反射镜,反射回来再通过,在半反射面上反射。于是,这两束相干光在空间相遇并产生干涉,通过望远镜或人眼可以观察到干涉条纹。
补偿板的材料和厚度都和分束镜相同,并且与分束镜平行放置,其作用是为了补偿反射光束1因在中往返两次所多走的光程,使干涉仪对不同波长的光可以同时满足等光程的要求。
2. 等倾干涉图样
(1) 产生等倾干涉的等效光路
如图2所示(图中没有绘出补偿板),观察者自点向镜看去,除直接看到镜外,还可以看到镜经分束镜的半反射面反射的像。这样,在观察者看来,两相干光束好象是由同一束光分别经和反射而来的。因此从光学上来说,迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花样与、间的空气层所产生的干涉是一样的,在讨论干涉条纹的形成时,只要考虑、两个面和它们之间的空气层就可以了。
所以说,迈克尔逊干涉仪的干涉情况即干涉图像是由光源以及、和观察屏的相对配置来决定的。
(2) 等倾干涉图样的形成与单色光波长的测量
当镜垂直于镜时,与相互平行,相距为。若光束以同一倾角入射在和上,反射后形成1和两束相互平行的相干光,如图3所示。过作垂直于光线
。因和之间为空气层,,则两光束的光程差为
所以(1)
当固定时,由(1)式可以看出在倾角相等的方向上两相干光束的光程差均相等。由此可知,干涉条纹是一系列与不同倾角对应的同心圆形干涉条纹,称为等倾干涉条纹。由于1、两列光波在无限远处才能相遇,因此,干涉条纹定域无限远处。
①亮纹条件:当时,也就是相应于从两镜面的法线方向反射过来的光波,具有最大的光程差,故中心条纹的干涉级次最高。中心点的亮暗完全由确定,当时,即
(2)
时中心为亮点。当值每改变时,干涉条纹变化一级。也就是说,和之间的距离每增加(或减少),干涉条纹的圆心就冒出(或缩进)一个干涉圆环。
②测量光的波长由下式表示:
(3)
式中,为入射光的波长,为反射镜移动的距离,为干涉条纹冒出(或缩进)的环数。
③条纹间距:由式(),当一定,不为零时,光程差减少,偏离中心的干涉条纹级次k较低。由条纹间距(z为观察屏到反射镜距离,为圆环半径)可知,越往外即越偏离中心,干涉条纹也越密,可见级数k从圆中心到半径,从高到低,条纹间隔从疏到密。。
3. 等厚干涉图样
当反射镜、不完全垂直,致使、成一小的交角时(见图5),这时将产生等厚干涉条纹。当光束入射角
足够小时,可由式()求两相干光束的光程差:
(4)
在、的交在线,,即,因此在交线处产生一直线条纹,称为中央条纹。如果反射镜和的距离很小,满足
则这时对光程差的影响可忽略不计,式()成为
(5)
即光程差只取决于,干涉条纹就是几何距离相等的点的轨迹。因此,这种干涉条纹称为等厚干涉条纹,干涉条纹定域于空