邁克耳遜干涉儀

1、大學物理實驗大學物理實驗編制：朱德權(quán)編制：朱德權(quán) 邁克耳遜干涉儀是美國實驗物理邁克耳遜干涉儀是美國實驗物理學家邁克耳遜于學家邁克耳遜于18811881年設(shè)計的雙光束年設(shè)計的雙光束干涉儀器。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行了該儀器進行了“以太漂移以太漂移”的實驗、的實驗、標定米尺、推斷光譜線精細結(jié)構(gòu)等三標定米尺、推斷光譜線精細結(jié)構(gòu)等三項著名實驗。利用該儀器可觀察多種項著名實驗。利用該儀器可觀察多種干涉條紋，它的調(diào)整方法在光學技術(shù)干涉條紋，它的調(diào)整方法在光學技術(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、 之間形成的是一個空氣之間形成的是一個空氣薄膜。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 的相對位置，的相對位置，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即入射角相同的點的光程差即入射角相同的點的光程差 L L相同，相同，故稱等傾干涉。干涉圖樣為同心圓。故稱等傾干涉。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波長利用薄膜等傾干涉測波長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移動移動 d d時，時，K K的變化的變化量為量為N N則則數(shù)出數(shù)出N N個條紋對應的個條紋對應的 d d，即可求出波即可求出波長長 。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，光線經(jīng)上下表面反射后得到的一對相線經(jīng)上下表

4、面反射后得到的一對相干光干光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干涉條紋沿等厚線分布，故稱為等干涉條紋沿等厚線分布，故稱為等厚干涉。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 當光源是擴展光源時，不論是當光源是擴展光源時，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、干涉稱為定域干涉。稱為定域干涉。 當光源是點光源時，凡是兩束當光源是點光源時，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，這些干涉稱為非定域干涉。干涉稱為非定域干涉。兩譜線精細結(jié)構(gòu)的測量兩譜線精細結(jié)構(gòu)的測量 鈉光源的兩條臨近強譜線的鈉光源的兩條臨近強譜線的波長波長 1和和 2，移動，移動M M1，當光程差，當光程差滿足滿足1221)21(2KKdL時，時， 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。這時條紋的對比度最成暗條紋。這時條紋的對比度最小。小。 當當M M1鏡繼續(xù)移動時，兩個條紋鏡繼續(xù)移動時，兩個條紋繼續(xù)錯開，條紋的對比度又逐漸繼續(xù)錯開，條紋的對比度又

6、逐漸增加，條紋逐漸清晰。當增加，條紋逐漸清晰。當122121) 1()(2KKKKdL時，條紋的對比度再次減小。由時，條紋的對比度再次減小。由上述兩式，可得鈉雙線的波長差上述兩式，可得鈉雙線的波長差d2212平板玻璃折射率的測量平板玻璃折射率的測量 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鏡移動距離為鏡移動距離為 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償板補償板全反鏡全反鏡粗調(diào)手輪粗調(diào)手輪細調(diào)手輪細調(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

7、（一）利用非定域等傾干涉條紋測單色光波長單色光波長 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背后的三個螺絲背后的三個螺絲，使得，使得M M1 1 鏡中的兩組反射點重合。從觀察屏上鏡中的兩組反射點重合。從觀察屏上看干涉圖樣?？锤缮鎴D樣。 測定單色光的波長測定單色光的波長 記下記下M M1 1鏡的鏡的初始位置，然后每縮進初始位置，然后每縮進或冒出或冒出100個條紋記錄一次個條紋記錄一次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。逐差法求波長。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），直至視場中剩條紋變稀、變粗），直至視場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）測量鈉雙線的波長差（三）測量鈉雙線的波長差 等傾條紋調(diào)好后，緩慢移動等傾條紋調(diào)好后，緩慢移動M M1 1鏡使視場對比度最小，記

9、下此時鏡使視場對比度最小，記下此時M M1 1鏡的位置；再沿原來方向移動鏡的位置；再沿原來方向移動M M1 1鏡，鏡，使視場對比度再次最小，記下使視場對比度再次最小，記下M M1 1鏡鏡的位置。根據(jù)公式，可求出波長差。的位置。根據(jù)公式，可求出波長差。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量玻璃折射率的測量 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。當彩色條紋中心黑條紋位于視場中當彩色條紋中心黑條紋位于視場中心時，儀器處于零光程點。心時，儀器處于零光程點。 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方向移動方向移動M M1 1鏡，直至再次鏡，直至再次出現(xiàn)白光條紋。測出出現(xiàn)白光條紋。測出M M1 1鏡移動的距鏡移動的距離，根據(jù)公式可求出折射率