用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长

1、用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长 迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作设计出来的精密光学仪器，迈克尔逊干涉仪在物理学发展史上具有重要地位，在近代物理和计量技术中也有着广泛的应用。例如，可用它来测量光波的波长、微小长度、光源的相干长度等等。本实验用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长。一、实验目的1. 掌握迈克尔逊干涉仪的原理、结构和调整使用方法。2. 理解等倾干涉的原理，观察等倾干涉条纹的特点。3. 用迈克尔逊干涉仪测定HeNe激光的波长。二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、HeNe激光器、七条光纤合成的分光器。三、实验原理迈克尔逊干涉仪是用分振幅法使一束光分成两束光以实现干涉的仪器，其光路

2、如图4-16-1所示。其中S为单色光源，G1、G2为平行平面玻璃板，M1、M2为互相垂直的平面镜。G1、G2与M1、M2均成45°角。 从单色光源S发出（若用激光则激光束经透镜L扩展后）的光，射到45°倾斜的平行平面玻璃板G1上。该板的后表面镀有一层半反射膜，光束在平行平面玻璃板G1的半反射面上被分成反射光束（1）和透射光束（2）。光束（1）向上反射至全反射镜M1；另一光束（2）透过G1，所以G1又称为干涉仪的分光板。光束（1）经M1反射回来再穿过G1，光束（2）经过G2投向平面全反射镜M2，经M2反射后再透过G2，在G1的半反射膜处反射。两光束分别经M1、M2反射后，再由

3、分光板G1会集成束。 仔细调节M1和M2，可在E处（毛玻璃屏上）观察到 图4-16-1 迈克尔逊干涉仪光路图干涉条纹。G2为一补偿板，其材料和厚度与G1相同。补偿板G2的作用是补偿光束（2）在G1板中往返两次所多走的光程，使光束（1）和光束（2）在玻璃中的光程完全相等。于是，光束（1）和光束（2）这两束相干光在空间相遇（在E处）后会产生干涉，通过望远镜或人眼可以观察到干涉条纹。四、仪器结构迈克尔逊干涉仪的结构如图4-16-2所示。一个机械台面4固定在铸铁底座2上，底座上有三个调节螺钉1，用以调节台面水平。载物台面上装有螺距为1mm的精密丝杠3，丝杠的一端与齿轮系统12相连接，转动手轮13或微动

4、鼓轮15可使丝杠转动，从而使骑在丝杠上的反射镜M1沿导轨5移动。M1的位置及移动的距离可以从装在台面4一侧的毫米刻度标尺上读出其整数部分，而从读数窗口11及微动鼓轮15上读出其小数部分。手轮13上分100个小格，每转动一小格，M1就平移mm。微动鼓轮15每转动一周，手轮13就转动一小格。微动鼓轮又分为100小格，因此，微动鼓轮转动一小格， 图4-16-2 迈克尔逊干涉仪结构图M1就平移104mm的距离，在加上估计一位， 1调节螺钉；2底座；3丝杠；4台面； 最小读数就可读到105mm。全反射镜M2固定 5导轨； 6反射镜M1； 7反射镜微调螺钉；在镜台上。M1 、的后面各有三个螺钉7，可 8反

5、射镜M2；9分光板；10补偿板；用来调节镜面的倾斜度。M2镜台下面还有一个 11读数窗口；12齿轮系统；13手轮；水平方向的微调螺钉14和一个垂直方向的微调 14水平微调螺钉；15微动鼓轮；16垂直螺钉16，其松紧可使M2镜产生一个极小的形变。 微调螺钉。9和10分别为分光板G1和补偿板G2，G1的内表面为镀有银的半反射面。五、实验步骤1. 转动粗动轮（即手轮），使水平导轨的位置在35mm附近。2. 取下观察屏，沿垂直于观察屏的方向看过去将有两行平行的亮点，每行各有四个亮点，亮度各不相同。分别调整两个平面镜后面的三个螺钉，使两行亮点完全重合，注意亮度要一一对应重合。这时，放回观察屏，在屏上会有

6、很密的圆环状干涉条纹出现。3. 如果条纹太密，可以转动粗动轮使干涉条纹变疏（如果发现条纹变密，则反方向转动）。4. 往读数增大的方向转动微动轮，直到干涉条纹（圆环）开始从中心冒出来。然后，调整粗动轮和微动鼓轮的刻度。先往读数增大的方向转动微动鼓轮，使微动鼓轮的读数为零；再往读数增大的方向转动粗动轮，使粗动轮的读数为整数。注意，调整过程只能始终往一个方向转动微动鼓轮和粗动轮。5. 将水平轨道（只读出整数部分）、粗动轮（只读出整数部分）和微动鼓轮（读出整数部分并估读一位）的读数加起来作为起点位置d0，然后往增大的方向转动微动鼓轮，每变化50个圆环，记录水平轨道（只读出整数部分）、粗动轮（只读出整数部分）和微动鼓轮（读出整数部分并估读一位）的读数并加起来，作为第50环的位置。如此重复，一直到第400个圆环。6. 计算每冒出N=200个条纹时所对应的平均值。根据干涉理论，可以知道波长与N、的关系为，据此求出波长的平均值与标准偏差。7. 由标准波长值nm计算测量结果的相对误差与绝对误差。表4-16-1 测量光波波长数据表读数位置/mm起点第50环第100环第150环第200环第250环第300环第350环第400环测量结果：nm