用邁克爾遜干涉儀測量光波的波長

用邁克爾遜干涉儀測量光波的波長物理思想邁克爾遜干涉儀基于一種最典型的分振幅雙光束干涉原理，尤其光路決定，可靈活實現(xiàn)分振幅等傾干涉和等厚干涉，利用等傾干涉圖樣，改變等效平行薄膜厚度，會使干涉圖樣中心將不斷發(fā)生冒出或縮進圓環(huán)的現(xiàn)象，定量記錄冒出或縮進圓環(huán)的數(shù)目，即可測定入射光的波長。實驗目的了解邁克爾遜干涉儀的構造及設計原理，掌握調節(jié)方法。利用點光源產生的同心圓干涉條紋測定單色光的波長。實驗儀器WSM-100型邁克爾遜干涉儀、HN-ЦQ型激光器、擴束透鏡。

實驗原理邁克爾遜干涉儀的光路和結構如圖1與2所示。M1、M2是一對精密磨光的平面反射鏡，M1的位置是固定的，M2可沿導軌前后移動。G1、G2是厚度和折射率都完全相同的一對平行玻璃板，與M1、M2均成45°角。G1的一個表面鍍有半反射、半透射膜A，使射到其上的光線分為光強度差不多相等的反射光和透射光；G1稱為分光板。

圖1邁克爾遜干涉儀光路圖當光照到G1上時，在半透膜上分成相互垂直的兩束光，透射光（1）射到M1，經M1反射后，透過G2，在G1的半透膜上反射后射向E；反射光（2）射到M2，經M2反射后，透過G1射向E。由于光線（2）前后共通過G1三次，而光線（1）只通過G1一次，有了G2，它們在玻璃中的光程便相等了，于是計算這兩束光的光程差時，只需計算兩束光在空氣中的光程差就可以了，所以G2稱為補償板。當觀察者從E處向G1看去時，除直接看到M2外還看到M1的像M1ˊ。于是（1）、（2）兩束光如同從M2與M1ˊ反射來的，因此邁克爾遜干涉儀中所產生的干涉和M1′～M2間“形成”的空氣薄膜的干涉等效。1—微調手輪；2—粗調手輪；3—刻度盤；4—絲桿嚙合螺母；5—毫米刻度尺；6—絲桿；7—導軌；8—絲桿頂進螺帽；9—調平螺絲；10—鎖緊螺絲；11—可動鏡M2；12—觀察屏；13—傾度粗調；14—固定鏡M1；15—傾度微調；16—傾度微調；17—G1、G2圖2邁克爾遜干涉儀結構圖單色光波長的測量當M2┴M1時，即M2'平行于M1,若光以同一傾角θ入射在M2'和M1上，射后形成兩束相互平行的相干光，其光程差為：d固定時，可看出傾角θ相同方向上兩相干光光程差δ均相等。具有相等θ的各方向光束形成一圓錐面，因此在無窮遠處形成等傾干涉條紋呈圓環(huán)形，這是眼睛對無窮遠調焦就可以看到一系列同心圓。θ越小，干涉圓環(huán)直徑越小，它的級次k越高.圓心處θ=0，cosθ值最大，這時有所以圓心處級次最高。當使d增加時，圓心的干涉級次越來越高，就看到圓環(huán)一個一個從中心冒出來；反之，就看到圓環(huán)一個一個從中心縮進去；每當d增加或減少λ/2,就會冒出或縮進一個圓環(huán)。因此，若測出移動的距離d和冒出（或縮進）圓環(huán)數(shù)N，就可以求出波長為。

實驗內容與步驟1.調節(jié)儀器（1）打開激光器，粗略調節(jié)邁克爾遜干涉儀與激光器大致處于同一水平高度，讓激光束通過分光板和補償板中心垂直入射到平面鏡M2的中心（目測）。（2）將平面鏡M1和M2背后的輕度至于松緊合適的中間位置（留有可調余地）。（3）轉動手輪，盡量使M1、M2同分光斑的距離相等（目測）。（4）遮住M1，調節(jié)M2背后的傾度粗調螺釘，使其反射的光點正好射回激光器的發(fā)射孔中。（5）遮住M2，調節(jié)M1背后的傾度粗調螺釘，使M1反射的三個光點中間的一個（最亮）回到激光器的發(fā)射孔中，此時達到了粗調的要求。（6）將擴束透鏡放置在激光器與分光板之間的適當位置，讓透射光照射到分光板上，再觀察屏E的背面就可以觀察到等傾干涉圓環(huán)條紋，這時的條紋可能不夠圓或者中心便宜，再微調M2的輕度微調螺絲，使條紋變圓且居中，此時，以滿足M2┴M1的要求。2測量由測量波長關系式可知，λ是一定值，平移M1來改變d，觀察等傾圓環(huán)條紋的變化規(guī)律并記錄。每冒出或縮進50個圓環(huán)（中央亮斑最大）記錄一次M1鏡的位置，連續(xù)測9次，用逐差法處理實驗數(shù)據。注意事項（1）切勿用眼睛直視激光。（2）切勿用手觸摸各種鏡的光學表面。（3）精密絲桿及導軌精度很高，受損會影響儀器精度，操作時動作要慢，嚴禁粗魯、急躁。（4）實驗時，要避免引入空程誤差，記錄M1鏡再個位置的讀數(shù)時，微動手輪應單方向轉動。數(shù)據及處理條紋的吞吐數(shù)N1050100150200di/mm條紋的吞吐數(shù)N2250300350400450di+5/mmΔN=N2-