实验六 迈克尔孙干涉仪的调节和使用

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，这个著名的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。

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。

仪器和用具：

迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束器。

实验原理：

迈克尔孙干涉仪是利用分振幅的方法产生双光束而实现干涉的，其光路如图所示。由于分光镜反射面的作用，光自M1和M2的反射相当于自M1和M2′（M2通过分光镜反射面在M1附近形成的虚像）的反射，即光在迈克尔孙干涉仪中产生的干涉与厚度为d的空气膜产生的干涉等效。

M1∥M2′时形成等倾干涉，此时入射角为i的各光束自M1和M2′反射后相干形成亮条纹的条件是：

2\1\EdS1'2'M2'M1P12'P2M2i?k?，k?0，1，2……. 光程差 ??2dcos干涉条纹中心出现亮纹条件为： ??2d?k?， k?0，1，2…….

调节M1的轴向位置，M1和M2′间的距离d将发生变化，圆心处干涉条纹的级次随之改变，当观察者的目光注视圆心处时将会看到干涉条纹不断“冒出”或“陷入”。每“冒出”或“陷入”一个干涉条纹，M1和M2′间的距离d改变量为：

?d??2 （1）

根据（1）式，只要能从迈克尔孙干涉仪上读出始末二态反射镜M1移动的距离Δd并数出在这期间干涉条纹变化（冒出或陷入）的条纹数ΔN，就可由下式计算出光波的波长：

?d??N?2 （2）

实验内容：

（1）迈克尔逊干涉仪的手轮操作和读数练习

（2）连续同一方向转动微调手轮，仔细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”现象，先练习读毫米标尺、读数窗口和微调手轮上的读数。掌握干涉条纹“涌出”或“陷入个数、速度与调节微调手轮的关系。

（3）经上述调节后，读出动镜M1所在的位置，此为“0”位置，然后沿同一方向转动微调手轮，仔细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”的个数。每隔50个条纹，记录一次动

镜M1的位置。共记450条条纹，读10个位置的读数，填入下表中，依据（2）式计算出波长，求其平均值。

（3）将测量值同激光的标称值λ0=632.8nm比较，计算百分偏差。

条纹移动数N1 M1镜位置d1(mm) 条纹移动数N2 M1镜位置d2(mm) ΔN=N2-N1 Δdi=d2-d1(mm) λi=2Δdi/ΔN(mm) 0 250 250 50 300 250 100 350 250 150 400 250 200 450 250 ??注意事项

1??i 5１．在调节和测量过程中，一定要非常细心和耐心，转动手轮时要缓慢、均匀。 ２．为了防止引进螺距差，每项测量时必须沿同一方向转动手轮，途中不能倒退。 ３．在用激光器测波长时，M1镜的位置应保持在30—60毫米范围内。

思考题

１．简述本实验所用干涉仪的读数方法。

２．怎样利用干涉条纹的“涌出”和“陷入”来测定光波的波长？