实验24 迈克尔逊干涉仪的调整与使用

迈克尔逊干涉仪的调节和使用教学目的1、了解光的干涉花样形成的原理，能区别等倾干涉和等厚干涉；2、学会使用迈克尔逊干涉仪，并能用其测量激光的波长；3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。

重难点重点：迈克尔逊干涉仪的调整和使用难点：1）干涉花样形成的原理；2）白光干涉图样的调节教学方法讲授与演示相结合学时3学时一、实验简介光的干涉是重要的光学现象之一，是光的波动性的重要实验依据。

两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象，即光的干涉现象。

相干光源的获取除用激光外，在实验室中一般是将同一光源采用分波阵面或分振幅两种方法获得，并使其在空间经不同路径后会合产生干涉。

根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式，可以测出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等，因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。

在物理学史上，迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验，精确地测量微小“长度”，否定了“以太”的存在，这个著名实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路，1907年获诺贝尔奖。

迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。

随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。

目前，根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产生活和科技领域。

如观察干涉现象，研究许多物理因素（如温度、压强、电场、磁场等）对光传播的影响，测波长、测折射率等。

二、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理；2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法；3、观察等倾干涉条纹，测量He Ne -激光的波长；4、了解钠光、白光干涉花样的特点。

在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉等效于膜'12,M M 的薄膜干涉。

两束光的光程差为：（一）、扩展光源产生的干涉图（定域干涉）1、1M 和'2M 严格平行——等倾干涉条纹特点：1）明暗相间的同心圆纹，条纹定域在 无穷远（需用会聚透镜成像在光屏上）；2）中心级次最高，2k d =； 3）d 增大，条纹从中心向外“涌出”， d 减小，条纹向中心“陷入”，每“涌出” 或“陷入”一个条纹，间距的改变为2λ，“涌出”和“陷入”的交接点为0d =情况（无条纹）。

（2）细调：调节M1、M2方位螺钉，使反射光对准激光出口。调节M2后面的三个螺钉，使最亮的两个点重合
（3）微调：调节拉簧，使在屏正中央得一正圆形干涉条纹
（4）精调：换面光源，调节微调拉簧至中心条纹大小不随眼睛移动而改变。
（5）调节微量读数鼓轮向一个方向转动几圈，直至圆环涌出(或收缩)，记录M2的初始位置d1。
2.波长测量原理
两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜的方法改变两光束的光程差.
若中心处为明条纹，则
若改变反射镜的位置，使中心仍为明条纹，则
只要测出干涉仪中M1移动的距离∆d,并数出相应的“吞吐”环数∆k,就可求出λ.
实验内容及步骤
（1）粗调：①将M1、M2方位螺钉和拉簧调至半松半紧状态、
②调激光器方位，使反射光大致对称分布
250
42.30791
0.06343
100
42.26083
300
42.32435
0.06352
150
42.27655
350
42.33996
0.06341
请认真填写
数据处理、误差分析和实验结论
波长计算公式
波长的平均值
波长不确定度
其中：
波长结果
实验思考与建议
1、迈克尔孙干涉仪上的“补偿板”的作用是什么？它的厚度与实验中采用的光源有何关系？它的安装位置对实验有什么样的影响？
型号
迈史尔逊干涉仪
WSM200
He-Ne激光器
JGQ-250
扩束镜
请认真填写
实验原理（注意：原理图、测试公式）
1.光的干涉条件及相干光获得方法
频率相同，振动方向相同，相差恒定的两束光才能产生稳定的干涉，这两束光称为相干光。迈克尔逊干涉采用的是分振幅法干涉。从同一束光分出能量近似相等的两部分。如薄膜干涉等。

迈克耳孙干涉仪
从扩展光源S射来的光在G１处分成两部分，反射光⑴经G１反射后 向着M２前进，透射光⑵透过G１向着M１前进，这两束光分别在M２、M１
上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E处。因为这两束光是
相干光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹由M反射回来的光波 在分光板G１的第二面 由M１反射回来的光波在分光板G１的第二面上反
射时，如同平面镜反射一样，使M１在M２附近形成M１的虚像M１′，因而
光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反射相当于自M２和M１′的反射。由 此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉
是等效的。当M２和M１′平行时(此时M１和M２严格互相垂直)，将观察到
环形的等倾干涉条纹。一般情况下，M１和M２形成一空气劈尖，因此将 观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。
M２镜移动的距离Δd ,就可以由式求得钠光D双线的波长差。
四.实验内容
1.迈克尔迈克尔逊干涉仪的调节
① ② ③ 点燃钠光灯，使之与分光板G１等高并且位于沿分光板和M１镜的中 心线上，照射毛玻璃屏，形成扩展光源，在屏上加一指针或带尖的纸片。 转动粗调手轮，使M１镜距分光板G１的中心与M１镜距分光板G１的 中心大致相等(拖板上的标志线在主尺32 cm 位置)。 细心调节M１和M2镜后面的 3 个调节螺钉，改变M１和M2镜的相对方位， 直至双影在水平和铅直方向均完全重合，这时可观察到有明暗相间的干 涉圆环，若干涉环模糊，可轻轻转动粗调手轮，使M２镜移动一下位置， 干涉环就会出现。 再仔细调节M１镜的2个拉簧螺丝，直到把干涉环中心调到视场中央， 并且使干涉环中心随观察者的眼睛左右、上下移动而移动，但干涉环不 发生“涌出”或“陷入”现象，这时观察到的干涉条纹才是严格的等倾 干涉。

迈克耳孙干涉仪的调整与使用技巧迈克耳孙干涉仪（Michelson interferometer）是一种常用的光学仪器，广泛应用于光学测量、干涉实验等领域。

正确的调整和使用迈克耳孙干涉仪对于获得准确的实验结果至关重要。

本文将介绍迈克耳孙干涉仪的调整方法以及使用技巧，帮助读者更好地理解和应用这一仪器。

1. 干涉仪的基本原理迈克耳孙干涉仪是利用光的干涉原理进行测量的仪器。

它由两束光线沿不同路径传播后再次叠加产生干涉，通过观察干涉图案的变化可以获得有关样品或光源的信息。

2. 调整干涉仪的步骤（1）准备工作在调整迈克耳孙干涉仪之前，首先要确保仪器和光源的完好和稳定。

检查干涉仪的光学元件是否清洁，光源是否稳定，确保能够获得高质量的干涉图案。

（2）调整光路通过调整迈克耳孙干涉仪的光路，使得两束光相干，达到干涉的条件。

具体步骤如下：- a. 调整分束镜迈克耳孙干涉仪的分束镜是将光分成两束的关键元件。

调整分束镜的位置和角度，使得两束光线的光程差尽量为零。

- b. 调整反射镜调整迈克耳孙干涉仪的反射镜位置和角度，使得两束光线重新叠加时能够产生明亮的干涉条纹。

通过微调反射镜的位置和角度，使得干涉图案更加清晰和明亮。

（3）干涉图案的观察与调整在调整好光路之后，需要观察干涉图案，并进行调整以获得最佳的观察效果。

根据实验需求，通过微调分束镜和反射镜的位置和角度，调整干涉图案的大小、亮度和清晰度。

3. 干涉仪的使用技巧（1）保持稳定在使用迈克耳孙干涉仪进行实验时，保持仪器和光源的稳定非常关键。

避免干涉仪受到外界震动或温度变化的干扰，以确保实验的准确性和可重复性。

（2）校正光程差干涉仪的光程差是影响干涉图案的重要因素。

在实验中，根据需要可以通过微调分束镜或者引入补偿片等方法，校正光程差以获得所需的干涉效果。

（3）避免散射和干涉损失在进行干涉实验时，需要注意避免光线的散射和干涉损失。

合理调整干涉仪的参数，选择合适的光源和滤波器，减少或者消除散射光和多次反射干涉，确保实验结果的准确性。