迈克尔逊干涉仪的调节

迈克尔逊干涉仪的调节方法粗调在透镜L上贴一个箭头形状的小纸片,这时在视场中会看到小箭头的三个像。调节定镜M2后的螺钉,会发现其中有一象为动像,即为定镜M2所反射的像;另外两个为不动像,为动镜M1所反射的像,即定像。这样,通过调节定镜M2后的螺钉,使动像与右面的定像重合,这时,在视场中若能看到比较粗、比较弯的条纹,则说明动镜M1与定镜M2已经大致垂直。若看不到条纹或条纹较细。则需微调粗调手轮,即略微移动动镜M1的位置,然后再重复上述步骤,直至出现较粗、较弯曲的条纹为止。细调观察条纹的走向,如果条纹是水平走向的,则调节垂直拉簧螺线;如果条纹是垂直走向的,则调节水平拉簧螺丝;如果条纹呈45°走向,调节水平和垂直拉簧螺丝皆可,通过调节可以使45°走向的条纹调节到水平或垂直走向,此时即可调节相应的拉簧螺丝,注意要向条纹变粗、变弯曲的方向调节。通过上述调节,即可以使视场中出现迈克尔逊干涉圆环。4消除视差若上下左右改变视角可以看到环心处有条纹的“冒出”和“缩进”现象,则说明有视差存在。其原因为动镜M1和定镜M2不严格垂直。调节方法是上下改变视角调节垂直拉簧螺丝,左右改变视角调节水平拉簧螺丝(注意一定要微调),直至上述现象消失为止。此时动镜M1和定镜M2就完全垂直了。1干涉条纹的调整迈克尔逊干涉仪的调节是一个精细的工作,教学中要求在短时间内正确快捷地调节出等倾干涉条纹对学生有一定的难度。而且教材对调节中可能出现的情况并无详细的叙述,学生在调节的过程中,常出现如下问题:打开激光器光源后,如果在观察屏内只能看见一片亮区,无干涉条纹,有可能是Ｍ1、Ｍ2镜的固定螺丝松动,光源不垂直入射,需首先调节Ｍ1、Ｍ2镜垂直。处理方法是:拿下观察屏,在Ｍ1镜中会看到两排光点(这是因为玻璃板的每个平行界面都有反射,故光点不止一个。但是Ｍ1镜是高反射镜,所以它反射的光点光强最强),先旋紧Ｍ1、Ｍ2镜的底座固定螺丝,调节两镜背后的微调螺丝让两排中最亮的点对齐即可。对齐后,如果观察屏内仍为一片亮区,有可能是空气膜的厚度ｄ值过大,需调整Ｍ1镜在轨道上的位置以减小ｄ值。根据我们的教学经验,一般Ｍ1镜在轨道上的读数为35ｍｍ左右得到的干涉条纹大小最适合测量。通过以上调节,一般能在观察屏中看到干涉条纹,但经常会出现以下情况:(1)观察屏上无完整的干涉图样,只是在屏的边缘有部分弯曲条纹;(2)干涉图样过小,条纹过于密集,无法测量。(3)无弯曲条纹,干涉图样为直条纹。第一种情况是由于Ｍ1、Ｍ2镜不严格平行导致的,需细调两镜背后螺丝,直至观察屏上出现完整的等倾干涉图样为止。第二种情况是由于Ｍ1镜距离Ｇ1板过远或过近,导致空气层的ｄ值过大造成的,可通过调节粗调手轮改变空气层的ｄ值来改变。第3种情况与第2种情况相反,是由于空气层的厚度过小导致形成了等厚干涉条纹。3.2数条纹和测ｄ值过程中需注意的问题在实验教学中,很多学生能很快地调出满意的干涉图样,但是最终得到的测量结果误差却很大,以至达50以上,这多数都是因为在数条纹和ｄ值测量时出现了问题。1)起始位置的选取调出干涉条纹后,通过旋转微调鼓轮可观察到条纹“冒出”和“陷入”的情况。在测量时,两种情况都是可取的。本实验需要长时间盯着屏上的干涉图样观察,学生在实验中需要测量的干涉条纹较多,容易因眼睛疲劳视野模糊出现误差,为了有效减轻眼睛的负担,从保护眼睛的角度出发,一般建议选中心为暗斑时作为起始位置开始测量。2)正确计数在实验中,数准变化的条纹个数对测量结果是很重要的。以“陷入”情况为例,当调节微调鼓轮时,图样中心明斑暗斑交替出现。为了容易判断,可以把图样中心对准观察屏上的某个十字交叉点,将初始暗斑半径调至方格边长的一半,当再次出现和初始暗斑一样大小的暗斑时即为变化了一个条纹。3)螺距间隙误差的影响为了减小误差,测量之前应先连续旋转微调鼓轮,待图样变化均匀后再开始测量。如想反方向测量,可先转动粗调手轮,再转动微调手轮,待图样同样变化均匀后再开始读数,这样可以避免微调鼓轮的螺距差。在从0到350环的读数过程中不能反向测量,如果读数过程中因振动而使环数数错,应重新设置起始点,从头测量。3.3仪器的影响随着实验仪器的使用率增加,仪器出现松动和磨损较普遍,甚至有的学生在原理不清晰的情况下乱动仪器上的螺丝,会人为地造成光路不正确,影响实验测量结果,如以下情况:1)转动微调鼓轮时,干涉环变化缓慢,甚至出现图样变化突然中断的现象,从而使其读数与干涉环数不相符。处理的方法是:将移动镜拖板重新调节固定,减少空隙;旋紧传动螺母上的紧固螺纹,使螺杆挡板与导轨间隙达到正常范围。2)转动微动鼓轮时,干涉图样产生抖动,可能是两镜有松动,需紧固底座固定螺丝;也可能是光源振动或电源工作不稳定造成的。调节方法1)在光源Ｓ前面放一小孔光阑,使光束通过小孔沿干涉仪固定平面镜的法线方向入射到分光板Ｐ1的中心,这时可在光阑上看到两排光点.2)适当调节固定平面镜的倾角螺钉,使其中一排光点的最亮点与小孔重合;调节可移动平面镜的倾角螺钉,使由Ｍ1反射的另一排光点的最亮点和小孔重合,这时Ｍ1与Ｍ2大致相互垂直,Ｍ1和Ｍ2′大致平行.3)移开光阑,插上扩束镜,这时在观察屏上将出现同心圆干涉条纹[2].4)调节手轮使Ｍ1靠近Ｐ1,使Ｍ1Ｐ1Ｍ2′Ｐ1,然后使Ｍ1朝远离Ｐ1的方向移动,即ｄ不断减小,观察到条纹一条一条“陷入”中心,且条纹逐渐变粗,当干涉条纹很粗,并产生倾斜而向相反方向弯曲时,则ｄ=0,继续朝远离Ｐ1的方向移动Ｍ1,则ｄ增大,干涉条纹从中心“涌出”,此时,干涉条纹最清晰且条纹较粗,是观察和测量的理想状态.3使用效果在理想光路情况下,即Ｍ1与Ｍ2相互垂直,Ｐ1与Ｍ1,Ｍ2都成45°时,两透射最亮光点必定重合.但是,当两透射最亮光点重合时,Ｍ1与Ｍ2却不一定垂直,若Ｍ1与Ｍ2到Ｐ1的距离相等,只要Ｍ1,Ｍ2与Ｐ1所成夹角相等即可使两光点重合,这将在测量中产生系统误差,但因为先已调节Ｍ2与入射光垂直,Ｍ2移动距离ｄ时,像点间距离也移动ｄ,这将不会引入系统误差,同时,也不会破坏产生干涉的条件,但当Ｐ1偏离太大时,可能使干涉图样落在观察屏以外,致使观察不到图样.2M1与M2垂直调节方法介绍在上述光路中,调节M1与M2严格垂直是观察到非定域干涉条纹和等倾干涉条纹的关键,下面介绍常用的三种调节方法.2.1加小孔光阑法为使He-Ne激光束大致垂直M2,在光源S前面放一小孔光阑P,使光束通过小孔射到G1.这时可在光阑上看到两排光点,调节M2,使其中一排光点的最亮点与小孔P重合;调节M1使由M1反射的另一排光点的最亮点和小孔P重合,这时M1与M2大致相互垂直,M1和M2′大致平行;移开光阑P,放上短焦距透镜,用一块毛玻璃作为观察屏,就可观察到干涉条纹,再调节M2和M1两个微动螺丝,使M1和M2′严格平行,屏上出现非定域的圆条纹.在透镜前放一块毛玻璃,使球面波经漫反射成为扩展光源,可看到等倾条纹.2.3透射光点重合法用一块毛玻璃作为观察屏,移动He-Ne激光器方位使激光束大致垂直M2,这时可在观察屏上看到两排光点,调节M1与M2,使其中两个最亮的光点重合,这时M1与M2大致相互垂直;继续仔细调节,使两重合的光点处出现如指纹样的图样,再在G1用短焦距透镜扩束,屏上就可观察到干涉条纹,再调节M2和M1,使M1和M2′严格平行,屏上出现非定域的圆条纹.在透镜前放一块毛玻璃,使球面波经漫反射成为扩展光源,可看到等倾条纹