1、百度文庫實驗6 5邁克爾遜干涉儀的原理與使用一.實驗目的(1) .了解邁克爾遜干涉儀的基本構造，學習其調節和使用方法。(2) .觀察各種干涉條紋，加深對薄膜干涉原理的理解。(3) .學會用邁克爾遜干涉儀測量物理量。二.實驗原理1 .邁克爾遜干涉儀光路/舉原frr徜n笊柝如圖所示，從光源 S發出的光線經半射鏡 的反射和透射后分為兩束光線，一束向上 一束向右，向上的光線又經 M1反射回來，/向右的光線經補償板后被反射鏡M2反射回來在半反射鏡處被再次反射向下，最后兩束光線在 觀察屏上相遇，產生干涉。2 .干涉條紋(1)點光源照射一一非定域干涉如圖所示，為非定域干涉的原理圖。點S1是光源相對于M1的虛

2、像，點S2'是光源相對于 M2所成 的虛像。則S1、S2'所發出的光線會在觀察屏上形 成干涉。當M1和M2相互垂直時，有 S1各S2'到點A的 光程差可近似為：L 2d cosi 當A點的光程差滿足下式時L 2d cosi k A點為第k級亮條紋。 由公式知當i增大時cosi減小，則k也減小，即條紋級數變高，所以中心的干涉條紋 的級次是最高的(2)擴展光源照明一一定域干涉在點光源之前加一毛玻璃，則形成擴展光源，此時形 成的干涉為定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。 .M1與M2嚴格垂直時，這時由于 d是恒定的，條紋只與入射角i在關，故是等傾/干涉 .M1與M2并

3、不嚴格垂直時，即有一微小夾角，這種干涉為等厚干涉。當 / M1與M2夾角很小，且入射角也很小時，光程差可近似為/L 2dcosi 2d(1 sin2 %) 2d(1 %)/在M1與M2'的相交處，d=0,應出現直線條紋，稱中央條紋。/3.定量測量/(1) .長度及波長的測量/由公式可知，在圓心處 i= 00, cosi=1,這時L 2d k 從數量上看如d減小或增大N個半波長時，光程差L就減小或增大 N個整波長，對應就有N條條紋縮進中心或冒出。即 d N 2這時數出N的數，就可求得 d。反之，如果測出 d ,并數出條紋變化數 N,就可測出光 源的波長。(2) .兩譜線精細結構的測量 /

4、形成暗條紋的條件是2d cosi (2k 1)-如果光源為非單色光，而是含有兩個相鄰的波長1、2,且1> 2,則兩種波長的光形成的干涉條紋位置不同。當移動平面鏡M1與M2'間距為di時，會出現波長 1的k1級明條紋與波長2級暗條紋位置重合，這時條紋的對比度最小，有2d1 k1(k2 2)3當M1繼續移動時，兩個重合的條紋慢慢錯開，條紋的對比度又繼續增加，當條紋的對比度再次最小時，有2d2 (k1 k) (k22k 1) 2式減去得2M d1) k 1 (k 1) 2令d d2 d1,同時，當 1、2很接近時，取一 1 2 2或/T7則2 d由上式可知,M1的位置,如果平均波長已知

5、，只需在干涉儀上測出連續兩次對比度最小時即可求得該光波的波長差。(3) .均勻透明介質的折射率或厚度測量定域干涉的等厚干涉現象，干涉條紋的明暗和間隔與波長有關。當用白光擴展光源時， 不同波長所產生的干涉條紋明暗相互交錯重疊，所以一般中能在中心條紋兩旁看到對稱的幾條彩色的直條紋，稍遠就看不見干涉條紋了。利用這一待點，可以測量均勻透明介質的折射率或厚度。光通過折射為n、厚度為l的透明介質時，其光程比通過同厚度的空氣層要大l(n-1)。當白光干涉的中央條紋出現在干涉儀的平面鏡M1中央后，如果在J G1與M1間插入一折射率為n、厚度為l的均勻薄玻璃片，則經 M1與M2反射相健美操的兩光束獲得的附加光程

6、 差為2l(n 1)由于附加光程差的影響，使得白光干涉中央條紋位置發生變化，條紋模糊。檔案庫將平面鏡1向G1方向移動一段距離，滿足 d %，則白光干涉中央條紋將重新回到原來位置。 這時d/2=l(n-1)/根據上式，測量平面鏡 1前移的距離 d ,就可以測量薄玻璃片的厚度l或折射率no三.實驗器材邁克爾遜干涉儀及附件，He-Ne激光器，擴束鏡，光源等。四.實驗內容1 .必做內容(1) .干涉儀的調節調節干涉儀使在觀察屏上可看到干涉條紋。再調拉簧螺絲，使干涉條紋處于光場中心，則M1與M2'完全平行。(2) .觀察與分析He-Ne激光的非定域干涉現象，并測量激光波長。1) 觀察M1與M2嚴格垂直產生等傾干涉時，d 0情況的干涉條紋及前后移動平 面鏡M1時條紋的變化情況。2)移動觀察屏的位置，觀察條紋是否都清晰，扒斷干涉條紋是否定域。3)按d N測量波長，N要大于50. 24) 觀察M1與M2不嚴格垂直時等厚干涉的條紋。2.選做內容(1)用鈉黃光與毛玻璃形成擴展光源，觀察分析定域干涉現象，并測量鈉黃光譜線的波長差。1) M1與M2嚴格垂直產生等傾干涉時，在原觀察屏上能否觀察到干涉條 紋？去掉觀察屏用眼睛直接觀察能否看到干涉條紋？解釋原因。2) 觀察在移動平面鏡 M1時，干涉條紋由清晰變模糊，由模糊再變清晰的周期過程，解釋原因，同時測量