1、實驗五 邁克爾遜干涉儀的調節和使用一、實驗目的1了解邁克爾遜干涉儀的構造原理,掌握邁克爾遜干涉儀的調節方法；2學會調節非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉和白光干涉條紋,研究這幾種干涉條紋形成的條件和條紋特點,變化規律及相互間的區別；3學會用邁克爾遜干涉儀測定光波波長。二、實驗儀器邁克爾遜干涉儀、氦氖激光器、擴束透鏡、毛玻璃等。圖1 邁克爾遜干涉儀光路三、實驗原理 1邁克爾遜干涉儀的原理圖1是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖，圖中M和M是在相互垂直的兩臂上放置的兩個平面反射鏡，其中M是固定的；M由精密絲桿控制，可沿臂軸前、后移動，移動的距離由刻度轉盤(由粗讀和細讀2組刻度盤組合而成讀出。在兩臂軸線相交處，

2、有一與兩軸成45°角的平行平面玻璃板p1，它的第二個平面上鍍有半透（半反射）的銀膜，以便將入射光分成振幅接近相等的反射光和透射光，故p又稱為分光板。p也是平行平面玻璃板，與p平行放置，厚度和折射率均與p相同。由于它補償了光線和因穿越p次數不同而產生的光程差，故稱為補償板。從擴展光源S射來的光在p處分成兩部分，反射光經p反射后向著M前進，透射光透過p向著p前進，這兩束光分別在p、p上反射后逆著各自的入射方向返回，最后都達到E處。因為這兩束光是相干光，因而在E處的觀察者就能夠看到干涉條紋。由M反射回來的光波在分光板p的第二面上反射時，如同平面鏡反射一樣，使M在M附近形成M的虛像M，因而光

3、在邁克爾遜干涉儀中自M和M的反射相當于自M和M的反射。由此可見，在邁克爾遜干涉儀中所產生的干涉與空氣薄膜所產生的干涉是等效的。當M和M平行時(此時M和M嚴格互相垂直，將觀察到環形的等傾干涉條紋。一般情況下，M和M形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的干涉條紋(等厚干涉條紋。 2單色光波長的測定用波長為的單色光照明時，邁克爾遜干涉儀所產生的環形等傾干涉圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差，而由M和M反射的兩列相干光波的光程差為(1其中i為反射光在平面鏡M上的入射角。對于第k條紋，則有(2當M和M的間距d逐漸增大時，對任一級干涉條紋，例如k級，必定是以減少cosi的值來滿足式（2）的，故

4、該干涉條紋間距向i變大(cos i值變小的方向移動，即向外擴展。這時，觀察者將看到條紋好像從中心向外“涌出”，且每當間距d增加/2時，就有一個條紋涌出。反之，當間距由大逐漸變小時，最靠近中心的條紋將一個一個地“陷入”中心，且每陷入一個條紋，間距的改變亦為/2。因此，當M2鏡移動時，若有N個條紋陷入中心，則表明M相對于M移近了(3反之，若有N個條紋從中心涌出來時，則表明M相對于M移遠了同樣的距離。如果精確地測出M移動的距離d，則可由式(3計算出入射光波的波長3儀器介紹（1）邁克爾遜干涉儀的結構：圖2-22-1 WSM100邁克爾遜干涉儀實驗中所使用的WSM100邁克爾遜干涉儀，其結構如圖1所示。

5、固定反射鏡10，它傾角可以通過在它背面的三個調整螺絲進行粗調，細調時，分別用1和4通過彈簧改變在水平和垂直方向上的傾角。可移動反射鏡9，它的傾角調整也是通過其背面的三個螺絲進行，但它沒有細調。可移動反射鏡是安裝在一個滑塊上，通過絲杠16的轉動可以使滑塊沿導軌前后移動。動鏡的移動距離毫米數可在機體側面的毫米刻尺（17）上直接讀得； 粗調手輪（2）旋轉一周，拖板移動1毫米,即動鏡移動1毫米，同時，讀數窗口（11）內的鼓輪也轉動一周，鼓輪的一圈被等分為100格，每格為10-2毫米，讀數由窗口上的基準線指示；微調手輪（3）每轉過一周，拖板移動0.01毫米，可從讀數窗口中看到讀數鼓輪移動一格，而微調鼓輪

6、的周線被等分為100格，則每格表示為10-4毫米。最后讀數應為上述三者之和，加上估讀一位，可讀到。分束鏡18和補償板12，以及固定反射鏡10是安裝在一個固定架上，這個固定架又與導軌固定在一起，使得整個光路處在一個比較穩定的狀態。導軌是固定在底座7上，底座由三個底角6支撐，可以通過調整螺絲調節整個儀器的水平。（2）激光器：特點：單色性好，方向性強，相干性好，亮度高。結構：陽極（桿狀）、陰極（鋁質圓筒）、諧振腔（兩側有高反射率的反射鏡、腔內按一定比例充有氦氣和氖氣）。主要技術參數：輸出波長，輸出功率：，光束發射角， 觸發電壓，工作電壓，最佳工作電流。四、實驗內容與步驟1邁克爾遜干涉儀的調節（1）利

7、用水平調節螺絲，調干涉儀水平；（2）調整激光束與干涉儀的光路大致垂直；目測：激光管中心軸線大致垂直于定鏡；調節：打開激光器，調定鏡背后的三顆滾花螺絲使定鏡反射的光束，返回激光發射孔（可以不作要求，一般目測就可以了）。（3）旋轉粗動手輪，使動鏡和定鏡到鍍膜面的距離大致相等（4）調 調動鏡背面的三顆螺絲（有時還需要調定鏡背面的三顆螺絲），使觀察屏上兩個最亮的光點完全重合。（5）觀察等傾干涉條紋：在光路中加進凸透鏡并調整之，讓激光束通過透鏡中心。此時觀察屏上出現干涉條紋（不一定是圓形，可能是弧形），然后細調垂直拉簧、水平拉簧（有時還需調節動鏡或定鏡背面的三顆螺絲），屏上可出現干涉圓環。2測量激光的波

8、長（1）調零因轉動微調鼓輪時，粗調鼓輪隨之轉動；而轉動粗調鼓輪時，微調鼓輪則不動，所以測讀數據前，要調整零點。將微調鼓輪順時針（或逆時針）轉至零點然后以同樣的方向轉動粗調鼓輪，對齊任意一刻度線（注意兩個鼓輪的旋轉方向一致）。（2）測量讀出動鏡M1所在的相對位置，此為“0”位置，然后沿同一方向轉動微調手輪， 仔細觀察屏上的干涉條紋“涌出”或“陷入”的個數。每隔50個條紋，記錄一次動鏡M1的位置，共記450條條紋，讀10個位置的讀數，填入自擬的表格中。注意位置讀數時可精確到10-4mm，估讀到10-5mm。（3）數據處理由計算出激光的波長。用逐差法處理數據，并用不確定度表示。五、實驗數據記錄與數據

9、處理1數據記錄表格（）干涉環變化數050100150200位置讀數干涉環變化數250300350400450位置讀數環數差2502502502502502數據處理 （1）平均值（2）不確定度 ：的A類不確定度：的B類不確定度： d的總不確定度： 故的總不確定度為： （3）測量結果 測量結果的相對誤差：注意事項1邁克爾遜干涉儀系精密光學儀器，使用時應注意防塵、防震；不要對著儀器說話、咳嗽等；測量時動作要輕、緩，盡量使身體部位離開實驗臺面，以防震動；不能觸摸光學元件光學表面。2（或）鏡后的調節螺絲、拉簧不要旋得過緊，以防鏡片受壓變形和損壞螺絲、拉簧，實驗完畢，應將調節螺絲、拉簧松開，以免鏡面、拉簧變形。3激光管兩端的高壓引線頭是裸露的，且激光電源空載輸出電壓高達數千伏， 要警惕誤觸。4激光束光強極高，切勿用眼睛對視，防止視網膜遭永久性損傷。5激光工作電流不要超過7mA。6測量過程中要防止回程誤差。即