文档介绍：实验十四 迈克耳孙干涉仪的调节与使用
迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙(A、A、Michelson)与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长λ=643、84696nm)就是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。她定义1m=1553164、13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。
今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然就是许多现代干涉仪的基础。
【实验目的与要求】
1、学****迈克耳孙干涉仪的原理与调节方法。
2、观察等倾干涉与等厚干涉图样。
3、用迈克耳孙干涉仪测定He－Ne激光束的波长与钠光双线波长差。
【实验仪器】
迈克耳孙干涉仪,He－Ne激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃
迈克耳孙干涉仪就是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。
S-激光束;L-扩束镜;G1-分光板;G2-补偿板;M1、M2-反射镜;E-观察屏。
图7-1迈克耳孙干涉仪光路图
从氦氖激光器发出的单色光s,经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束,该光束射到与光束成45˚倾斜的分光板G1上,G1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)与(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1与M2上,经两平面镜反射至G1后汇合在一起。仔细调节M1与M2,就可以在E处观察到干涉条纹。G2为补偿板,其材料与厚度与G1相同,用以补偿光束(2)的光程,使光束(2)与光束(1)在玻璃中走过的光程大致相等。
迈克耳孙干涉仪的结构图如图7-2所示。两平面镜M1与M2放置在相互垂直的两臂上。其中平面镜M2就是固定的,平面镜M1可在精密的导轨上前后移动,以便改变两光束的光程差,移动范围在0~100nm内。平面镜M1、M2的背后各有三个微调螺丝(图中的3、12),用以改变平面镜M1、M2的角度。在平面镜M2的下端还附有两个相互垂直的拉簧螺丝10、11,可以细调平面镜M2的倾斜度。
移动平面镜M1有两种方式:一就是旋转粗调手轮7可以较快地移动M1:二就是旋转微调鼓轮9可以微量移动M1(如果迈克耳孙干涉仪有紧固螺丝8,则在转动微调鼓轮前,先要拧紧紧固螺丝8,转动粗调手轮前必须松开紧固螺丝8,否则会损坏精密丝杆。若没有紧固螺丝,直接旋转微调鼓轮9则可微量移动M1)。平面镜M1的位置读数由三部分组成:从导轨上读出毫米以上的值;从仪器窗口的刻度盘上读到0、01mm;在微动手轮上最小刻度值为0、0001mm,还可估读到0、0001mm的1/10。
【实验原理】
一、等倾干涉条纹
等倾干涉条纹就是迈克耳孙干涉仪所能产生的一种重要的干涉图样。如图7-1与图7-3所示,
当M1与M2垂直时,像M'2就是M2对半反射膜的虚象,其位置在M1附近。当所用光源为单色扩展光源时,我们在E处观察到的干涉条纹可以瞧作实反射镜M1