邁克耳遜干涉儀

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)編制：朱德權(quán)編制：朱德權(quán) 邁克耳遜干涉儀是美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理邁克耳遜干涉儀是美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家邁克耳遜于學(xué)家邁克耳遜于18811881年設(shè)計(jì)的雙光束年設(shè)計(jì)的雙光束干涉儀器。邁克耳遜和他的合作者用干涉儀器。邁克耳遜和他的合作者用該儀器進(jìn)行了該儀器進(jìn)行了“以太漂移以太漂移”的實(shí)驗(yàn)、的實(shí)驗(yàn)、標(biāo)定米尺、推斷光譜線(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)等三標(biāo)定米尺、推斷光譜線(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)等三項(xiàng)著名實(shí)驗(yàn)。利用該儀器可觀察多種項(xiàng)著名實(shí)驗(yàn)。利用該儀器可觀察多種干涉條紋，它的調(diào)整方法在光學(xué)技術(shù)干涉條紋，它的調(diào)整方法在光學(xué)技術(shù)中有一定的代表性。中有一定的代表性。邁克耳遜干涉儀光路圖邁克耳遜干涉儀光路圖 M M1 1與與M M2 2

2、 之間形成的是一個(gè)空氣之間形成的是一個(gè)空氣薄膜。薄膜。邁克耳遜干涉儀產(chǎn)生的干涉，邁克耳遜干涉儀產(chǎn)生的干涉，與與M M1 1、M M2 2 之間的空氣薄膜產(chǎn)生的干之間的空氣薄膜產(chǎn)生的干涉一樣。改變涉一樣。改變M M1 1、M M2 2 的相對(duì)位置，的相對(duì)位置，就可以得到各種形式的干涉條紋。就可以得到各種形式的干涉條紋。薄膜等傾干涉薄膜等傾干涉 薄膜等傾干涉是分振幅干涉。薄膜等傾干涉是分振幅干涉。設(shè)薄膜上下表面平行。如圖設(shè)薄膜上下表面平行。如圖hSa1a2iDABnCinhLcos2即入射角相同的點(diǎn)的光程差即入射角相同的點(diǎn)的光程差 L L相同，相同，故稱(chēng)等傾干涉。干涉圖樣為同心圓。故稱(chēng)等傾干涉。干

3、涉圖樣為同心圓。條紋方程條紋方程2) 12(cos2KKinh（明條紋）（明條紋）（暗條紋）（暗條紋）a a1 1與與a a2 2的光程差為的光程差為利用薄膜等傾干涉測(cè)波長(zhǎng)利用薄膜等傾干涉測(cè)波長(zhǎng)2Nd 干涉圖象中，隨著干涉圖象中，隨著d 的增大或減的增大或減小，條紋從中心小，條紋從中心“冒出冒出”或向中心或向中心“縮入縮入”。設(shè)。設(shè)M M1 1移動(dòng)移動(dòng) d d時(shí)，時(shí)，K K的變化的變化量為量為N N則則數(shù)出數(shù)出N N個(gè)條紋對(duì)應(yīng)的個(gè)條紋對(duì)應(yīng)的 d d，即可求出波即可求出波長(zhǎng)長(zhǎng) 。薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 若薄膜的上下底面不平行，光若薄膜的上下底面不平行，光線(xiàn)經(jīng)上下表面反射后得到的一對(duì)相線(xiàn)經(jīng)上下表

4、面反射后得到的一對(duì)相干光干光a a1 1與與a a2 2，將不再平行，如圖將不再平行，如圖a2Sa1nhABC設(shè)某處膜的厚度為設(shè)某處膜的厚度為h，膜的折射率為膜的折射率為n,則兩束相干光的光程差則兩束相干光的光程差 L L為為nhL2干涉條紋沿等厚線(xiàn)分布，故稱(chēng)為等干涉條紋沿等厚線(xiàn)分布，故稱(chēng)為等厚干涉。干涉圖樣是等距離分布的厚干涉。干涉圖樣是等距離分布的明暗相間的直條紋。明暗相間的直條紋。定域干涉和非定域干涉定域干涉和非定域干涉 當(dāng)光源是擴(kuò)展光源時(shí)，不論是當(dāng)光源是擴(kuò)展光源時(shí)，不論是等傾干涉還是等厚干涉，所產(chǎn)生的等傾干涉還是等厚干涉，所產(chǎn)生的干涉條紋都有一定位置，這些干涉干涉條紋都有一定位置，這些

5、干涉稱(chēng)為定域干涉。稱(chēng)為定域干涉。 當(dāng)光源是點(diǎn)光源時(shí)，凡是兩束當(dāng)光源是點(diǎn)光源時(shí)，凡是兩束光相遇處都可看到干涉條紋，這些光相遇處都可看到干涉條紋，這些干涉稱(chēng)為非定域干涉。干涉稱(chēng)為非定域干涉。兩譜線(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)的測(cè)量?jī)勺V線(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)的測(cè)量 鈉光源的兩條臨近強(qiáng)譜線(xiàn)的鈉光源的兩條臨近強(qiáng)譜線(xiàn)的波長(zhǎng)波長(zhǎng) 1和和 2，移動(dòng)，移動(dòng)M M1，當(dāng)光程差，當(dāng)光程差滿(mǎn)足滿(mǎn)足1221)21(2KKdL時(shí)，時(shí)， 2光形成的明條紋處光形成的明條紋處 1光形光形成暗條紋。這時(shí)條紋的對(duì)比度最成暗條紋。這時(shí)條紋的對(duì)比度最小。小。 當(dāng)當(dāng)M M1鏡繼續(xù)移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)條紋鏡繼續(xù)移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)條紋繼續(xù)錯(cuò)開(kāi)，條紋的對(duì)比度又逐漸繼續(xù)錯(cuò)開(kāi)，條紋的對(duì)比度又

6、逐漸增加，條紋逐漸清晰。當(dāng)增加，條紋逐漸清晰。當(dāng)122121) 1()(2KKKKdL時(shí)，條紋的對(duì)比度再次減小。由時(shí)，條紋的對(duì)比度再次減小。由上述兩式，可得鈉雙線(xiàn)的波長(zhǎng)差上述兩式，可得鈉雙線(xiàn)的波長(zhǎng)差d2212平板玻璃折射率的測(cè)量平板玻璃折射率的測(cè)量 利用白光條紋求玻璃折射利用白光條紋求玻璃折射率。若率。若M M1鏡移動(dòng)距離為鏡移動(dòng)距離為 d d, ,玻玻璃板厚度為璃板厚度為h h，則玻璃板折射則玻璃板折射率為率為hdn 1返回返回觀察屏觀察屏分光板分光板補(bǔ)償板補(bǔ)償板全反鏡全反鏡粗調(diào)手輪粗調(diào)手輪細(xì)調(diào)手輪細(xì)調(diào)手輪豎直調(diào)節(jié)螺絲豎直調(diào)節(jié)螺絲水平調(diào)節(jié)螺絲水平調(diào)節(jié)螺絲返回返回（一）利用非定域等傾干涉條紋測(cè)

7、（一）利用非定域等傾干涉條紋測(cè)單色光波長(zhǎng)單色光波長(zhǎng) 非定域等傾干涉條紋的調(diào)節(jié)非定域等傾干涉條紋的調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)M M1 1、M M2 2背后的三個(gè)螺絲背后的三個(gè)螺絲，使得，使得M M1 1 鏡中的兩組反射點(diǎn)重合。從觀察屏上鏡中的兩組反射點(diǎn)重合。從觀察屏上看干涉圖樣?？锤缮鎴D樣。 測(cè)定單色光的波長(zhǎng)測(cè)定單色光的波長(zhǎng) 記下記下M M1 1鏡的鏡的初始位置，然后每縮進(jìn)初始位置，然后每縮進(jìn)或冒出或冒出100個(gè)條紋記錄一次個(gè)條紋記錄一次M M1 1鏡的鏡的位置位置共數(shù)共數(shù)1100條，根據(jù)公式條，根據(jù)公式 ，用，用逐差法求波長(zhǎng)。逐差法求波長(zhǎng)。Nd2（二）觀察和記錄各種干涉條紋（二）觀察和記錄各種干涉條紋1.

8、調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)M M1 1鏡的鏡的位置位置，觀察和記錄非定觀察和記錄非定域和定域的等傾干涉條紋。域和定域的等傾干涉條紋。2.減小減小M M1 1與與M M2 2 之間的距離（可看到之間的距離（可看到條紋變稀、變粗），直至視場(chǎng)中剩條紋變稀、變粗），直至視場(chǎng)中剩下一兩條彎曲條紋，下一兩條彎曲條紋，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)M M2 2一側(cè)的一側(cè)的水平微調(diào)螺絲水平微調(diào)螺絲，及，及M M1 1鏡的微調(diào)螺旋，鏡的微調(diào)螺旋，觀察和記錄非定域和定域的等厚干觀察和記錄非定域和定域的等厚干涉條紋。涉條紋。（三）測(cè)量鈉雙線(xiàn)的波長(zhǎng)差（三）測(cè)量鈉雙線(xiàn)的波長(zhǎng)差 等傾條紋調(diào)好后，緩慢移動(dòng)等傾條紋調(diào)好后，緩慢移動(dòng)M M1 1鏡使視場(chǎng)對(duì)比度最小，記

9、下此時(shí)鏡使視場(chǎng)對(duì)比度最小，記下此時(shí)M M1 1鏡的位置；再沿原來(lái)方向移動(dòng)鏡的位置；再沿原來(lái)方向移動(dòng)M M1 1鏡，鏡，使視場(chǎng)對(duì)比度再次最小，記下使視場(chǎng)對(duì)比度再次最小，記下M M1 1鏡鏡的位置。根據(jù)公式，可求出波長(zhǎng)差。的位置。根據(jù)公式，可求出波長(zhǎng)差。四、白光條紋的調(diào)節(jié)及平板四、白光條紋的調(diào)節(jié)及平板玻璃折射率的測(cè)量玻璃折射率的測(cè)量 調(diào)出等厚干涉條紋，換上白光調(diào)出等厚干涉條紋，換上白光光源，微調(diào)光源，微調(diào)M M1 1可觀察到彩色條紋?？捎^察到彩色條紋。當(dāng)彩色條紋中心黑條紋位于視場(chǎng)中當(dāng)彩色條紋中心黑條紋位于視場(chǎng)中心時(shí)，儀器處于零光程點(diǎn)。心時(shí)，儀器處于零光程點(diǎn)。 若在若在M M1 1鏡前加一厚度為鏡前加一厚度為h h的玻璃的玻璃板，向板，向G G1 1方向移動(dòng)方向移動(dòng)M M1 1鏡，直至再次鏡，直至再次出現(xiàn)白光條紋。測(cè)出出現(xiàn)白光條紋。測(cè)出M M1 1鏡移動(dòng)的距鏡移動(dòng)的距離，根據(jù)