实验6-5迈克尔逊干涉仪的原理与使用

1、实验目的（1）. 了解迈克尔逊干涉仪的基本构造，学习其调节和使用方法。（2）. 观察各种干涉条纹，加深对薄膜干涉原理的理解。（3）. 学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。 二实验原理1. 迈克尔逊干涉仪光路 如图所示，从光源 S 发出的光线经半射镜 的反射和透射后分为两束光线，一束向上 一束向右，向上的光线又经 M1 反射回来，向右的光线经补偿板后被反射镜 M2反射回来 在半反射镜处被再次反射向下，最后两束光线在 观察屏上相遇，产生干涉。2. 干涉条纹（ 1） . 点光源照射非定域干涉 如图所示，为非定域干涉的原理图。点S1 是光源相对于M1的虚像，点S2是光源相对于 M2所成的虚像。则S1、S2

2、所发出的光线会在观察屏上形成干涉。当M1和M2相互垂直时，有 S1各S2到点A的光程差可近似为：L 2d cosi 当 A 点的光程差满足下式时L 2d cosi k A 点为第 k 级亮条纹。由公式知当 i 增大时 cosi 减小，则 k 也减小，即条纹级数变高，所以中心的干涉条 纹的级次是最高的2）扩展光源照明定域干涉在点光源之前加一毛玻璃，则形成扩展光源，此时形成的干涉为定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。 .M1与M2严格垂直时，这时由于 d是恒定的，条纹只与入射角i在关，故是等倾干涉 .M1与M2并不严格垂直时，即有一微小夹角，这种干涉为等厚干涉。当M1与M2夹角很小，且入射

3、角也很小时，光程差可近似为L 2dcosi 2d(1 sin2 i 2)2d(12)在M1与M2的相交处，d = 0,应出现直线条纹，称中央条纹。3. 定量测量(1) .长度及波长的测量由公式可知，在圆心处 i= 0, cosi=1,这时L 2d k 从数量上看如d减小或增大N个半波长时，光程差 L就减小或增大N个整波长，对应 就有N条条纹缩进中心或冒出。即d N -2这时数出N的数，就可求得d。反之，如果测出 d，并数出条纹变化数 N,就可测出光源的波长。(2) .两谱线精细结构的测量形成暗条纹的条件是2d cosi (2k1)一 2如果光源为非单色光，而是含有两个相邻的波长2，且 1 2，

4、则两种波长的光形成的干涉条纹位置不同。当移动平面镜 M1与M2间距为d1时，会出现波长 1的k1级明条纹与波长2级暗条纹位置重合，这时条纹的对比度最小，有12d1 k1 1 (k2 2) 2当M1继续移动时，两个重合的条纹慢慢错开，条纹的对比度又继续增加，当条纹的对比度再次最小时，有2d2 (k1 k) (k22 k 1) 2式减去得2(d2 d1) k 1(k 1) 2令d d2 d1，同时，当1、2很接近时，取-1 22或；1 2则21 22 d由上式可知，如果平均波长已知，只需在干涉仪上测出连续两次对比度最小时M1的位置，即可求得该光波的波长差。(3) 均匀透明介质的折射率或厚度测量定域

5、干涉的等厚干涉现象，干涉条纹的明暗和间隔与波长有关。当用白光扩展光源时，不同波长所产生的干涉条纹明暗相互交错重叠，所以一般中能在中心条纹两旁看到对称的几条彩色的直条纹，稍远就看不见干涉条纹了。利用这一待点，可以测量均匀透明介质的折射率或厚度。光通过折射为n、厚度为I的透明介质时，其光程比通过同厚度的空气层要大1(n-1)。当白光干涉的中央条纹出现在干涉仪的平面镜M1中央后，如果在 G1与M1间插入一折射率为n、厚度为I的均匀薄玻璃片，则经 M1与M2反射相健美操的两光束获得的附加光程差为 2I(n 1)由于附加光程差的影响，使得白光干涉中央条纹位置发生变化，条纹模糊。档案库将平面镜1向G1方向

6、移动一段距离，满足d 2 ，则白光干涉中央条纹将重新回到原来位置。这时d2 = I( n_1)根据上式，测量平面镜 1前移的距离 d，就可以测量薄玻璃片的厚度I或折射率n。三实验器材迈克尔逊干涉仪及附件，He-Ne激光器，扩束镜，光源等。四实验内容1.必做内容(1) 干涉仪的调节 调节干涉仪使在观察屏上可看到干涉条纹。再调拉簧螺丝，使干涉条纹处于光场中心，贝U M1与M2完全平行。(2).观察与分析He-Ne激光的非定域干涉现象，并测量激光波长。1) 观察M1与M2严格垂直产生等倾干涉时，d 0情况的干涉条纹及前后移动平面 镜M1时条纹的变化情况。2) 移动观察屏的位置，观察条纹是否都清晰，扒断干涉条纹是否定域。3) 按d N 测量波长，N要大于50.24) 观察M1与M2不严格垂直时等厚干涉的条纹。2 选做内容(1)用钠黄光与毛玻璃形成扩展光源，观察分析定域干涉现象，并测量钠黄光谱线的波长差。1) M1与M2严格垂直产生等倾干涉时，在原观察屏上能否观察到干涉条纹？ 去掉观察屏用眼睛直接观察能否看到干涉条纹？解释原因。2) 观察在移动平面镜 M1时，干涉条纹由清晰变模糊，由模糊再变清晰的周期过程，解释原因，同时测