實驗6-5邁克爾遜干涉儀的原理與使用

1、實驗6 5邁克爾遜干涉儀的原理與使用一.實驗?zāi)康?1) .了解邁克爾遜干涉儀的基本構(gòu)造，學(xué)習(xí)其調(diào)節(jié)和使用方法。(2) .觀察各種干涉條紋，加深對薄膜干涉原理的理解。(3) .學(xué)會用邁克爾遜干涉儀測量物理量。二實驗原理1邁克爾遜干涉儀光路 如圖所示，從光源 S發(fā)出的光線經(jīng)半射鏡的反射和透射后分為兩束光線，一束向上一束向右，向上的光線又經(jīng) M1反射回來， 向右的光線經(jīng)補償板后被反射鏡M2反射回來在半反射鏡處被再次反射向下，最后兩束光線在觀察屏上相遇，產(chǎn)生干涉。2干涉條紋(1) 點光源照射非定域干涉如圖所示，為非定域干涉的原理圖。點S1是光源相對于M1的虛像，點S2是光源相對于 M2所成 的虛像。則

2、S1、S2所發(fā)出的光線會在觀察屏上形 成干涉。當(dāng)M1和M2相互垂直時，有 S1各S2到點A的 光程差可近似為：L 2d cosi 當(dāng)A點的光程差滿足下式時L 2d cosi k A點為第k級亮條紋。由公式知當(dāng)i增大時cosi減小，則k也減小，即條紋級數(shù)變高，所以中心的干涉條紋 的級次是最高的(2) 擴展光源照明一一定域干涉在點光源之前加一毛玻璃，則形成擴展光源，此時形 成的干涉為定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。 .M1與M2嚴(yán)格垂直時，這時由于 d是恒定的，條紋只與入射角i在關(guān)，故是等傾干涉 .M1與M2并不嚴(yán)格垂直時，即有一微小夾角， 這種干涉為等厚干涉。當(dāng)M1與M2夾角很小，且

3、入射角也很小時，光程差可近似為L 2dcosi 2d(1 sin2 2)2d(1 廠2)在M1與M2的相交處，d = 0,應(yīng)出現(xiàn)直線條紋，稱中央條紋。3定量測量(1) 長度及波長的測量由公式可知，在圓心處 i=0, cosi=1,這時L 2d k 從數(shù)量上看如d減小或增大N個半波長時，光程差L就減小或增大 N個整波長，對應(yīng)就有N條條紋縮進中心或冒出。即d N 2這時數(shù)出N的數(shù)，就可求得 d。反之，如果測出d，并數(shù)出條紋變化數(shù) N,就可測出光源的波長。(2) 兩譜線精細結(jié)構(gòu)的測量形成暗條紋的條件是2d cosi (2k 1)2如果光源為非單色光，而是含有兩個相鄰的波長1、2，且1 2，則兩種波長

4、的光形成的干涉條紋位置不同。當(dāng)移動平面鏡M1與M2間距為di時，會出現(xiàn)波長勺k1級明條紋與波長2級暗條紋位置重合，這時條紋的對比度最小，有12d1 k1 1 (k2 2) 2當(dāng)M1繼續(xù)移動時，兩個重合的條紋慢慢錯開，條紋的對比度又繼續(xù)增加，當(dāng)條紋的對比度再次最小時，有2d2 (k1k) (k22 k1) 2式減去得2(d2d1) k 1 (k1) 2令d d2d1，同時，當(dāng)、12很接近時，取-1 2 2 或，1 2 則M1的位置,由上式可知，如果平均波長已知，只需在干涉儀上測出連續(xù)兩次對比度最小時即可求得該光波的波長差。(3) 均勻透明介質(zhì)的折射率或厚度測量定域干涉的等厚干涉現(xiàn)象， 干涉條紋的

5、明暗和間隔與波長有關(guān)。當(dāng)用白光擴展光源時， 不同波長所產(chǎn)生的干涉條紋明暗相互交錯重疊，所以一般中能在中心條紋兩旁看到對稱的幾條彩色的直條紋，稍遠就看不見干涉條紋了。利用這一待點，可以測量均勻透明介質(zhì)的折射率或厚度。光通過折射為n、厚度為I的透明介質(zhì)時，其光程比通過同厚度的空氣層要大1(n-1)。當(dāng)白光干涉的中央條紋出現(xiàn)在干涉儀的平面鏡M1中央后，如果在 G1與M1間插入一折射率為n、厚度為I的均勻薄玻璃片，則經(jīng) M1與M2反射相健美操的兩光束獲得的附加光程 差為2I(n 1)由于附加光程差的影響，使得白光干涉中央條紋位置發(fā)生變化，條紋模糊。檔案庫將平面鏡1向G1方向移動一段距離，滿足d/彳，則

6、白光干涉中央條紋將重新回到原來位置。這時d 2 = l( n_1)根據(jù)上式，測量平面鏡 1前移的距離 d，就可以測量薄玻璃片的厚度I或折射率n。三實驗器材邁克爾遜干涉儀及附件，He-Ne激光器，擴束鏡，光源等。四實驗內(nèi)容1.必做內(nèi)容(1) .干涉儀的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)干涉儀使在觀察屏上可看到干涉條紋。再調(diào)拉簧螺絲，使干涉條紋處于光場 中心，貝U M1與M2完全平行。(2) .觀察與分析He-Ne激光的非定域干涉現(xiàn)象，并測量激光波長。1) 觀察M1與M2嚴(yán)格垂直產(chǎn)生等傾干涉時，d 0情況的干涉條紋及前后移動平 面鏡M1時條紋的變化情況。2) 移動觀察屏的位置，觀察條紋是否都清晰，扒斷干涉條紋是否定域。3) 按d N 測量波長，N要大于50.24) 觀察M1與M2不嚴(yán)格垂直時等厚干涉的條紋。2 選做內(nèi)容(1)用鈉黃光與毛玻璃形成擴展光源，觀察分析定域干涉現(xiàn)象，并測量鈉黃光譜 線的波長差。1) M1與M2嚴(yán)格垂直產(chǎn)生等傾干涉時，在原觀察屏上能否觀察到干涉條紋 去掉觀察屏用眼睛直接觀察能否看到干涉條紋解釋原因。2) 觀察在移動平面鏡 M1時，干涉條紋由清晰變模糊，由模糊再變清晰的周期過程，解釋原因，同時測