实验四十四实验四十四 迈克耳逊干涉仪的迈克耳逊干涉仪的调节与使用调节与使用 【实验目的】【实验目的】 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构，原理和调节了解迈克尔逊干涉仪的结构，原理和调节方法。方法。 2.观察等倾干涉条纹。观察等倾干涉条纹。 3.测量激光光源的波长。测量激光光源的波长。 【实验仪器】【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪，激光器，扩速透镜，手电迈克尔逊干涉仪，激光器，扩速透镜，手电筒。筒。【实验原理】【实验原理】 1.等倾干涉等倾干涉 迈克尔逊干涉仪原理光路如图迈克尔逊干涉仪原理光路如图44-2所示：所示：图图44-2 迈克耳逊干涉仪光路迈克耳逊干涉仪光路 从图从图44-2来看，光束来看，光束 和和 两束光到达处两束光到达处 的光的光程差程差 为：为： 因为：因为： ，所以，所以 而而 代入（代入（44-1）中，整理后得：）中，整理后得：（44-1）根据光的干涉加强和减弱的条件根据光的干涉加强和减弱的条件当当式子中式子中由（由（44-3）可知：）可知：（1）当）当 一定时一定时（44-3） 干涉级次干涉级次 随倾角（入射角）随倾角（入射角） 变化。具有相变化。具有相同倾角同倾角 的所有光线的光程差的所有光线的光程差 都相同，对应同都相同，对应同一级次一级次 ，故称这种干涉为等倾干涉。不同的，故称这种干涉为等倾干涉。不同的倾角的光对应于不同的干涉级次，于是干涉图倾角的光对应于不同的干涉级次，于是干涉图样是以光轴为中心的同心圆环。样是以光轴为中心的同心圆环。 当当 时（相当于垂直入射），干涉级次最大，时（相当于垂直入射），干涉级次最大，对应于干涉圆环中心处。对应于干涉圆环中心处。 时，随着时，随着 角的的增大，干涉级次角的的增大，干涉级次 变变小，对应的干涉圆环往外移，即越向边缘，干小，对应的干涉圆环往外移，即越向边缘，干涉圆环的级次越低（这与牛顿环的等厚干涉圆涉圆环的级次越低（这与牛顿环的等厚干涉圆环不同）。环不同）。（2）当）当 一定时一定时 对应于同一级次对应于同一级次 ，当，当 减小时，倾角减小时，倾角 必须必须减小，则该级圆环越往内缩小，条纹随之变宽，减小，则该级圆环越往内缩小，条纹随之变宽，看到的现象是干涉圆环看到的现象是干涉圆环“内缩内缩”，中心圆环，中心圆环“吞入吞入”，当，当 时，即时，即 与与 重合，整个视场重合，整个视场将无干涉圆环出现。将无干涉圆环出现。 当当 增大时，增大时， 必将增大，看到的现象是干涉必将增大，看到的现象是干涉条纹变窄，干涉圆环条纹变窄，干涉圆环“外扩外扩”，中心圆环，中心圆环“涌涌出出”，当，当 增大到一定程度时，也将看不到干增大到一定程度时，也将看不到干涉现象了。涉现象了。 2.根据条纹变化测量光波波长根据条纹变化测量光波波长 干涉圆环中心处，干涉圆环中心处， ，则式（，则式（44-3）可以）可以写成：写成：（44-4） 当移动当移动 镜使镜使 增大时，中心圆环便一个一个增大时，中心圆环便一个一个“涌出涌出”，反之，当，反之，当 减小时，中心圆环便一减小时，中心圆环便一个一个个一个“吞入吞入”，由（，由（44-4）可知，只要知道）可知，只要知道移动的距离移动的距离 和和“涌出涌出”（或（或“吞入吞入”）的条）的条纹数目纹数目 ，便可求出光波波长。，便可求出光波波长。 反之，已知光波波长反之，已知光波波长 和和 ，也可求出移动的，也可求出移动的距离，此为干涉测量长度的原理。距离，此为干涉测量长度的原理。（44-5） 【实验内容】【实验内容】 1.仪器的调整仪器的调整（1）打开光源，调整光源的水平，使入射光通）打开光源，调整光源的水平，使入射光通过扩束后，有较强的均匀扩展光入射到分光板过扩束后，有较强的均匀扩展光入射到分光板 上。上。（2）调整粗调鼓轮，使动镜）调整粗调鼓轮，使动镜 距分光板距分光板 的距的距离与定镜离与定镜 距距 的距离近似相等。的距离近似相等。（3）在）在 处沿着处沿着 的方向进行观察。的方向进行观察。 2.测量光波波长测量光波波长（1）打开）打开 激光光源，缓慢转动仪器的微激光光源，缓慢转动仪器的微调鼓轮，观察到视场中心圆形条纹的调鼓轮，观察到视场中心圆形条纹的“涌出涌出”或或“吞入吞入”，即可以读数，即可以读数 （2）重复上述实验）重复上述实验5次，共读出次，共读出2500环。自环。自己设计表格记录数据，用逐差法计算己设计表格记录数据，用逐差法计算 激光的波长，最后计算测量结果的误差。激光的波长，最后计算测量结果的误差。【注意事项】【注意事项】1.保持各镜面和玻璃板的清洁，严格禁止用手触保持各镜面和玻璃板的清洁，严格禁止用手触摸。摸。2.调节与测量的过程中，动作要稳，操作仔细、调节与测量的过程中，动作要稳，操作仔细、认真，读出准确的认真，读出准确的环数和测量值。环数和测量值。3.为了得到正确的结果，转动粗调鼓轮和微调鼓为了得到正确的结果，转动粗调鼓轮和微调鼓轮时应严格防止空程。轮时应严格防止空程。【思考题】【思考题】1.如何用迈克尔孙干涉仪测量长度？如何用迈克尔孙干涉仪测量长度？2.用迈克尔孙干涉仪测量时，如何观察到等用迈克尔孙干涉仪测量时，如何观察到等厚干涉条纹？厚干涉条纹？