文档介绍：实验十一迈克耳孙干涉仪的调整与使用【实验目的】、结构和调整方法。,了解其形成条件、条纹分布特点及条纹的变化。-Ne激光的波长。【实验原理】-1所示,图中M1和M2是二个精密磨光的平面镜,置于相互垂直的两臂上。在两臂轴相交处,是一个与两臂成45°角且两面严格平行的平面玻璃板G1,其背面镀有一层半透半反膜,称为分束板。G2与G1平行放置,其厚度和折射率与G1完全相同,-1迈克耳孙干涉仪的简单光路层,G2称为补偿板。从图中看出,光源S发出的光在G1后表面被分为光强近乎相等的反射光束(1)和透射光束(2),两束光经反射后,共同向E处传播并发生干涉。反射镜M2是固定的,M1可沿臂轴方向移动,M2被G1反射所成的镜像M2′位于M1附近,光束(2)也可以看作是从M2的虚像M2′反射来的,用M2′代替M2讨论问题,两束光光程不受影响。这样,可直观地看出两束光在到达观察屏E处时的光程差与M1和M2′间的“空气薄膜”的厚度d有关,即M1所处位置是影响光程差的因素之一,这种干涉相当于“薄膜”干涉。光束(1)到达E处时,共通过了G1三次,而光束(2)只在未分出前与光束(1)同时通过G1一次,另外两次则由穿过G2两次来得到补偿。这样,两束光在玻璃中的光程相等,因此计算两束光的光程差时,只需考虑它们在空气中的几何路程的差别。此外,用白光照明时,若只有G1,则因为玻璃的色散,不同波长的光因折射率不同而产生的光程差无法用空气中行程弥补,而G2板的加入就能补偿各色光的光程差以获得白光的零级干涉条纹。白光的干涉条纹在迈克耳孙干涉仪中极为有用,能够用于准确地确定零光程差的位置,进行长度的精确测量。在迈克耳孙干涉仪中,两束相干光分得较开,这便于在任一支光路里放进被研究的对象,通过白光零级条纹位置的改变来研究所放入物质的某些物理特性,如气体或其它透明物质的折射率、透明薄板的厚度等。(1)-2点光源的非定域干涉当用凸透镜对激光光束会聚后,得到的是一个线度小、强度足够大的点光源,它向空间传播的是球面波。在经M1和M2′反射后,又得到相当于由两个虚光源S1、S2′发出的两列满足干涉条件的球面波,S1为S经G1及M1反射后成的像,S2′为S经M2及G1反射后成的像(等效于S经G1及M2′反射后成的像)。两列球面波在它们相遇的空间处处相干,即在两束光相遇的全部空间内均能用观察屏接收到干涉图样,因此是非定域干涉。非定域干涉条纹的形状随S1、S2′与观察屏E的相对位置的不同而不同。当M1和M2′大体平行时,E会与S1、S2′的连线垂直,此时得到圆条纹,圆心在S1、S2′连线与屏的交点O处;当M1和M2′不平行时,S1与S2′不会在一条竖直线上,则E不再与S1、S2′的连线垂直。若E与S1、S2′的垂直平分线垂直,将得到直条纹,其它情况下则为椭圆或双曲线条纹。通常我们在测量时大都选取圆条纹的情况,下面就讨论这种非定域圆条纹的一些特性。-2所示,产生圆条纹时E垂直于S1、S2′连线,S1、S2′之间的距离应为2(因为光束(1)在M1和M2′所形成的薄膜内行进了两次),此时,由S1、S2′发出并在屏上任一点A相遇的两光束的光程差Δ为Δ==由于观察的是光轴附近的条纹(即角很小的范围),并且L>>d,这种情况下,经过数学运算,可得到光程差的近似值为Δ=(-1)由于点光源发出的光是球形对称的,所以满足上述条件的,具有相同光程差的点的轨迹是以O为圆心的一系列圆形条纹。当Δ=(k=0,1,2,…)(-2)时,形成明条纹;当Δ=(k=0,1,2,…)(-3)时,形成暗条纹,k为干涉级。所以,在满足L>>d的地方观察到的点光源非定域干涉图样是一组明暗相间的同心圆环。由式(-1)、(-2)、(-3)可知:=0时,Δ=为最大,这说明对于非定域干涉而言,圆心点所对应的干涉级最高,越往外干涉级别越低。当移动M1使d增加时,Δ变大,干涉级增多,可看到干涉级越来越高的圆环一个个从中心“涌出”而后往外扩张,此时对特定的某级条纹(Δ一定)而言,d增加时,变小,增大,即此时可以看到这级条纹从中心往两边扩展;若d减小时,则圆环会一个个向中心缩进,最后“淹没”在中心处。在中心处,每“涌出”或“淹没”一个暗(或明)环,相当于Δ=改变了一个波长。设M1移动了距离,在中心相应“涌出”或“淹没”的暗(或阴)圆环数为N,则=,即=(-4)从仪器上读出,并数出相应的N,即可测出光波的波长。,光程差Δ每改变一个波长,所需的角的变化值减小,即两亮环(或两暗环)之间的间隔变小,条纹变得细而密;反之,d减小