文档介绍：迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验目的
实验仪器
实验原理
实验步骤
数据记录与处理
注意事项
山东交通学院大学物理实验中心
[实验目的]
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。
掌握迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。
观察非定域干涉条纹、定域干涉条纹,测量单色光(氦氖激光)的波长。
测量钠光灯的双线波长差。
[实验仪器]
迈克尔逊干涉仪,氦氖激光器,钠光灯,白炽灯,毛玻璃屏,扩束镜等。
[实验原理]
光源S发出的光经过分束板(半反镜)G1以后就分成强度相同两束光1和2,光束1经过补偿板G2以后由固定反射镜M1反射回来再一次经过补偿板G2和半反镜G1射向观测屏P;同时光束2经过平面反射镜M2反射,穿过补偿板G1也射向观测屏;由于两束光是相干光,所以就可以在观测屏观察到干涉现象。用迈克尔逊干涉仪可观察非定域干涉和定域干涉,定域干涉又分为等倾干涉和等厚干涉。
迈克耳逊干涉仪光路图
由氦氖激光经扩束镜汇聚形成的点光源S发出的光经平面镜M1和M2反射后,相当于两虚光源S1’和S2’发出的相干光束。 S1’与S2’间的距离为M1和M2的距离d的两倍。虚光源S1’和S2’发出的球面波在其相遇的空间处相干,只要观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内,都能看到干涉现象,这种干涉叫非定域干涉。
虚光源S1’、S2’到屏上任一点A的光程差
1 点光源产生的非定域干涉花样
(1) 时的光程差最大,观察屏上圆心处对应干涉条纹的级别最高。d增大时,若级别k一定,θ增大,条纹从中心用出向外扩张;d减小时,若k一定,θ减小,条纹向中心收缩,最后“淹没”在中心。每“涌出”或“淹没”一个明圆环,S1’S2’的光程差改变一个波长λ。设M1移动距离Δd时,“涌出”或“淹没”的条纹数为N,则
(1)
这样在迈克耳逊干涉仪上读出,数出条纹变化N,就可以求出光波波长λ。
(2)d较大时,干涉条纹级别较高,且又细又密;
d较小时,干涉条纹级别较低,且又粗又疏。
(3)若将λ作为标准值,测出“涌出”或“淹没”N个圆环的
(M1移动的距离),与(1)式算出的理论值比较,可以校正仪器传动系统的误差。
(4)若将传动系统作为基准,则由N和可测定单色光源的波长λ。
4 钠黄光双线波长差的测量
钠光源的两条临近强谱线的波长1和2,移动M1,当光程差满足
时, 2光形成的明条纹处1光形成暗条纹。这时条纹的对比度最小。
当M1镜继续移动时,两个条纹继续错开,条纹的对比度又逐渐增加,条纹逐渐清晰。当
时,条纹的对比度再次减小。由上述两式,可得钠双线的波长差
(2)
[实验步骤]
1 迈克耳逊干涉仪的调节和观察激光非定域干涉条纹
(1) 调节干涉仪式导轨大致水平,调节粗调手轮,使活动镜大致移至导轨30mm刻度处,使M1、M2镜与分束镜上反射膜的距离大致相等。调节倾度微调螺丝,使其拉簧松劲适中,使氦氖激光器大致垂直于M2。
(2)调节M1和M2相互垂直。
(3) 在氦氖激光器的实际光路中加入扩束镜,使扩束光照在分束镜上,此时屏上一般会出现干涉条纹,细调M2镜水平微调螺丝和竖直微调螺丝,直到眼睛晃动观察时无条纹移动,说明M1和M2完全垂直。观察屏上出现环状非定域干涉条纹。如果没有出现干涉条纹,应该移走扩束镜,从头再调。
(4) 观察条纹变化,熟悉仪器的使用。转动干涉仪的微调手轮,观察条纹“涌出”和“淹没”,判别M1与M2’间的距离d的变化,观察条纹粗细、疏密情况,判断d的变化,且与图进行比较,待操作熟练后,将条纹调好,准备测量。