迈克尔逊干涉仪.doc

迈克尔逊干涉仪是利用干涉条纹精确测定长度或长度改变的仪器.它是迈克尔逊在1881年设计成功的。迈克尔逊和莫雷应用该仪器进行了测定以太风的著名实验.后人根据此种干涉仪研制出各种具有实用价值的干涉仪。预备知识n 光程：光波实际传播的路径与折射率的乘积，n 光程差：，在杨氏干涉的例子里，它的光程差就可以表示为n 光程差与相位差的变换关系为：n 相干条件：两束光满足频率相同，振动方向相同，相位差恒定时即可成为相干光源，这时的光强应表达为：令 ；对应的位相差为 n 获得相干光光源的两种常见方法1. 分波阵面法：从同一波阵面上获取对等的两部分作为子光源成为相干光源；如杨氏实验等。2. 分振幅法：当一束光投射到两种介质的分界面时，它的所有的反射光线或所有的透射光线会聚在一起时即可发生相干；如薄膜干涉等。n 迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理G2是一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，使其可前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1严格平行时，M2移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“消失”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”一个个条纹。M2和M1不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离 d 与条纹移动数 N 的关系满足。迈克尔逊干涉仪示意经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反射的光只通过分光板一次.补偿板就是为了消除这种不对称而设置的.在使用单色光源时，补偿板并非必要，可以利用空气光程来补偿；但在复色光源时，因玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可缺少的。若要观察白光的干涉条纹，两相干光的光程差要非常小，即两臂基本上完全对称，此时可以看到彩色条纹；若M1或M2稍作倾斜，则可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。实验内容n 观察非定域干涉条纹，干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差的改变而变化情况；n 测量He-Ne激光的波长，利用公式计算，用适当的数据处理方法求出值；n 测钠黄光波长及钠黄光双线的波长差，观察条纹的可见度的变化；n 测量钠黄光的相干长度，观察氦氖激光的相干情况；n 调节观察白光干涉条纹，测定透明薄片的折射率.实验重点n 迈克尔逊干涉仪的干涉原理；n 非定域干涉和时间相干性；n 测量激光波长和介质的折射率.实验难点n 等臂情况下的白光干涉条纹的调节；n 有测量介质条件下的白光干涉条纹的调节.自测题1. 迈氏干涉仪的读数精度是(1) 0.0001 mm(2) 0.00001mm2. 迈氏干涉仪的两臂的光程基本相等时，对应的干涉条纹是(1).圆形条纹(2).直条纹3. 条纹的“涌出”，说明形成干涉的空气“薄膜”是(1).变薄(2).变厚. 4. 白光条纹是 (1).定域条纹(2).非定域条纹.5. 激光条纹是 (1).定域条纹(2).非定域条纹.6. 观察定域条纹的方法是(1).用眼睛直接观察.(2).用毛玻璃接收.思考题1. 在单色光干涉的条件下，去掉补偿镜是否影响实验的正常进行？2. 测He-Ne激光波长时，要求n尽可能大，为什么？测量数据的处理方法是什么？3. 如果去掉干涉仪中的补偿板，对哪些测量有影响？哪些测量无影响？4. 白光干涉条纹的出现必须在两臂基本相等的条件下，为什么？参考书目：1. 大学物理实验