用迈克尔逊干涉仪测量激光波长

用迈克尔逊干涉仪测量激光波长1用迈克尔逊干涉仪测量激光波长〔引课：〕在大学物理中我们学习了光的薄膜干涉，知道薄膜干涉现象分为两种：在物理课上，我们只是从理论上研究了薄膜干涉的原理，那么在实验课上我们通过什么方法获得等倾或等厚干涉的图像呢？*****************************迈克尔逊干涉仪********************************注意***本实验只利用迈克尔逊干涉仪测量等倾干涉图像〔正课：〕实验目的与要求迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪的使用等厚干涉等倾干涉用迈克尔逊干涉仪测量激光波长2实验原理1.迈克尔逊干涉仪的构造2.迈克尔逊干涉仪的原理(1)光路图图30—2迈克尔逊干涉仪光路图光源S发出的光到达分光板1G后，被分成振幅（强度）几乎相等的反射光（1）和透射光（2）。光束（1）向着1M前进，光束（2）经过2G后向着2M前进，这两束光分别在1M和2M上反射后逆着各自的入射方向返回，最后到达光屏E。由于这两束光是来自同一光源S的同一束光，因此他们是两列相干光束，在E处必有干涉图样形成。用迈克尔逊干涉仪测量激光波长3(2)光程差的计算当1M和2Mˊ平行时（1M⊥2M），将观察屏垂直置于S1和S2ˊ连线处，就可以观察到等倾干涉圆环条纹。由于1M和2Mˊ之间为空气，折射率n=1，故光程差cos2d。并且有：cos2d=暗条纹明条纹)2/1(kk（k=0、1、2…）图30—2迈克尔逊干涉仪光路图由于光在分光板1G的第二面反射，使2M在1M附近形成以平行与1M的虚像2M′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自1M和2M的反射就相当于1M和2M′的反射。故迈克尔逊干涉仪产生的干涉等效于1M和2M′所构成的虚光板产生的干涉，即相当于厚度为d的空气薄膜所产生的干涉。图30—4非定域等倾干涉用迈克尔逊干涉仪测量激光波长4对光程差作进一步的分析：当d一定时，之取决于入射角θ。例如：在O点处，θ=0，=2d为最大值，中心处干涉条纹的级次k最大，随着θ角的增大，干涉条纹的级次k逐渐减小。对于具有相同θ角的各点，干涉条纹相同，故称这样的干涉为等倾干涉，干涉条纹又称等倾角线。因此，等倾干涉条纹必然是以O点为圆心的明暗相间的同心圆环。当d增大时，要保持某一干涉条纹的级次k不变，必须使cos减小，即增大θ角，从而使得k级条纹从中心向外移动，在屏E上会看到干涉圆环一个个从中心向外“吐出”的现象，并且圆环条纹逐渐变密，变细。当d减小时，在屏E上看到干涉圆环一个个从中心“吞入”的现象，并且圆环条纹逐渐变疏，变粗。因此，移动平面镜1M，就会在观察屏E上看到干涉圆环吞吐的现象，当1M移动λ/2的距离，即d每改变λ/2的距离，就会在观察屏上看到有一个圆环条纹从中心“吞入”或“吐出”，也就是说，每当“吞入”或“吐出”一个圆环条纹，1M就移动了半个波长，所以根据干涉圆环的吞吐就可以测量光源的波长，这也就是干涉仪测量长度或长度变化的理论依据。只要数出圆环“吞入”或“吐出”的数目N，并且记录下1M移动的距离Δd，就可以计算出光源的波长，即：Δd=N·2λ=Nd2用迈克尔逊干涉仪测量激光波长5实验步骤1.打开激光器,粗略调节迈克尔逊干涉仪与激光器大致处于同一水平高度,并使其大致垂直,让激光束通过分光板、补偿板（注：最好射到中间位置）垂直入射到平面镜2M上.2.将平面镜1M和2M背后的倾度粗调螺钉置于中间位置，再调节干涉仪的水平调节螺母，使两平面镜反射的光点都处在激光器发射孔附近；3.用遮光罩遮住1M，调节2M背后的倾度粗调螺钉，使其反射的光点正好射回激光器的发射孔中4.把遮光罩换止2M，调节1M背后的倾度调节螺钉，使1M反射的三个光点中间的一个（最亮）射回激光器的发射孔，即1M⊥2M；5.将扩束透镜放置在激光器与分光板之间的适当位置——让透射光照射到分光板上，在观察屏E的背面就可以观察到等倾干涉圆环条纹，这时的条纹可能不够圆或者中心偏移，再调节2M的倾度微调螺丝，使条纹变圆、居中；6.转动大轮使1M前后移动来改变d，观察等倾圆环条纹的变化规律并记录，与大学物理中所学的理论进行比较；7.增大d，使干涉圆环略细，转动小轮使中央亮斑最大，记下主尺、大轮、小轮的读数1d，继续转动小轮，同时记下干涉环“吞入”或“吐出”的数目N，一般取N=50，每隔50环记一次主尺、大轮、小轮的读数id，测9次；8.在利用等倾干涉条纹测定He-Ne激光波长的基础上，转动手轮,使环形条纹粗而疏时即减小1M和2M′之间的距离，调节2M的倾度微调螺丝，让1M与2M′有一个很小夹角，继续转动手轮使弯曲条纹往圆心方向移动，在观察屏上就会出现等厚干涉条纹，再改变1M和2M′之间的距离，观察等厚干涉条纹的变化规律并与大学物理中的理论进行比较说明。用迈克尔逊干涉仪测量激光波长61切勿用眼睛直视激光；2切勿用手或别的东西触摸各种镜的光学表面；3粗调螺钉事先放到中间位置，调节不可太紧，也勿旋出；4测量时手轮只能向一个方向转动，以免引起空回误差；5计数要准且读数应在中央亮斑最大时进行；6实验时切勿震动实验桌。1当调节迈克尔逊干涉仪1M⊥2M时，也可以同时调节1M和2M背后的倾度调节螺钉，先让使1M反射的三个光点中间的一个（最亮）与2M的反射光重合；再通过调节底角螺钉，让重合光点射入激光孔。2如果在观察屏上看不到干涉圆环，可将扩束透镜拿开，在观察屏上观察，1M反射的三个光点中间的一个（最亮）与2M的反射光点是否重合，如不重合，继续调节1M和2M背后的倾度调节螺钉