实验8迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长

1、图3点光源非定城干涉实验8近克尔逊干涉仪測量He-Ne激光波长( 306 )一、实验目的：1、了解21克尔逊干涉仪的结构、原理和调节使用方法;2、了解光的干涉观象；观察、认识、区别等陨干涉3、掌握用逋克尔逊干涉仪» He-Ne激光的波长的方法。二、实验仅器込克耳进干涵仪；He-Ne »光器三、实验原理如图2示，从光源S发岀的光束射向分光fft G1t被6 底面的半透半反膜分成振幅大致相等的反射光1和透 射光2,光東被动镜M2再次反射IB并穿过&到这E； 光東2穿过补偿片G?后被定l§ M,fi射回，二次穿JIG? 到这Gi并被庇层股反射到iS E;E后两束

2、光是頫率相同、振动方向相同，光程差恒定即位相差恒 定的相干光，它们在相遇空间E产生干 涉条奴。由M】反射回来的光渋在分光板,的第二 面上反射B1,如同平面鏡反射一样，使M 1在M2附近形成W的虚像M/ ,因而光 在55克尔进干涉仪中自I的反射相 当于自MLfll Mr的反射。由此可见，在 逍克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气 誨膜(M2fl! Mr 210夹)所产生的干 涉是等效的。当 M2 和 Mr 平 li 01(010 M,fl1 M2 严格 互相垂直),将观察到环形的等颇干泼条釵._一般情况下，M2和Mr形成一空气劈尖,因此稱观祭到近似平行的蓋星£况条如1、单色光的等價干涉澈光

3、器发出的光波长为入，经L后会聚S点°S点可看做一点光源，经、 Ml M/的艮!H,也等效干沿轴向分布的2个虛光漓S、S2，所产生的干满。 因sr 、S2，发出的廉面波在相iS空同处处相干，所以观察屏Elfi在不同位置上，沟可看到干涝条纹，故称为非定域干洒。当E垂直于轴线时(见图2),调整M jnM2tf方位使相互严格垂直，则可观察到等頓干涝凰条纹。近克尔逊干涉仪所产生的坏形等硕干满圆条纹的位置取决于相干光東同的光程 差，而由M2和Ml反射的两列相干光波的光程差为6 = 2dcos 0 (1 )其中e为反射光在平面镜M2上的人射角。由干沸明级条件有2dcose k = k入(2)(考虑

4、到0较丿、，)(1) d、入一定时，若e = 0,光程差5 = 2d最大，即圆心所对应的干涉级次最高，U 圆心向外的干涉级次依次降低;(2) k、入一定时，若d增大，eii之増大,可观察到干涉环釵从中心向外“涌出”, 干涉坏奴逐渐变细，坏纹半经逐潇变小；当d增大至光源相干长度一半时，干涉坏奴 越来越细，图样越来越小，直至消失。反之，当d减小时，可观察到干涉坏奴向中 心“缩人”。当d逐浙减小至零时，干涝坏奴逐渐变S1,干涉坏纹貞经逐漁变大， 至光屏上观察到明略相同的視场。附图1 d变化时，等倾干涉条纹的变化特征(3) 对8 = 0的明条级，有：6=2d = kA可见每“涌出”或“缩人” 一个酹,

5、相当t s,s2的光程差改变了一个波长&入。当d变化了 Ad时,相应堆“涌出”(或“编入”)的坏数为4k, Alffi克尔逊干涝仪的 读数系统上测岀动鏡務动的距离Ad,员干涉坏中相应的“涌岀”或“缩人” J«Ak, 就可以求出光的渋长入为：A =2Ad/ Ak . ( 3 )或已知激光波长，由上式可测械小长度变化为：Ad= AkA /2. (4)水附图1：迴克尔通干洒仪产生的等II干莎条釵廠和M,的相应位置变化的特征四、实验内容与步(-)fils介谿I«» * * « » r = /tan(/js/.fM,皿.rzrzrzrzr/yKz

6、rzrzrx1、is氏干涉仪：(如右图示实物图)M、必为两垂直故置的平面反射傥，分别固 定在两个垂直的臂上。两相同的玻朋片G,.G2平行放置，与必固定在同一臂上，且与必 和M的夹角均为45 Bo Ms由精密螺杆控制, 可以沿臂轴前后務动。Gi的第二面上涂有半透 半反射膜，能够将入射光分成振輛几平相等的 反射光1'和透射光丁，所以G待为分光版(5林为分光慣)。1光经何反射后由原路逆回再邮次穿过分光极G|后到这观察点Fit； ?光到这佻后被必反射后按原路通回，在 Gi的第二面上被反射到观察点、E业。由于r光在到达F处之前穿过G|三次，而2, 光在到达F处之前穿过Gi次，为了补偿、2,两光的

7、光程差，便在必所在的臂 上再放一个与&的厚度、折射率严格相同的G2平面玻朋极，满足T 1、2两光在到这F处时无光程差，所以林G2为fttfo由于1、2光均来自同一光源S,在到iiGi后被分成r、2,两光, 所以两光是相干光，相遇时就产生干满现象。2、He-Ne激光器（扫描图5.13-8）（二）M He-Ne»光的波长 目测KI调使透鏡中心，激光管中心轴线，分光镜中心大致垂直定鏡“2,并打 开激光光源。 （暂时拿走廿透镜）调激光光東垂直定饋。（标准：定鏡反射回的光東，返回激光 发射Ho） 调也与M2垂直。（标准：观测屏中两平面饋反射回的亮点完全重合。） 在光路中DDSfi透鏡并

8、调整之，使屏上岀观干涉坏。®调零。因转动fit调菠轮时,81调藪轮廠之转动;而转动81调藪轮时，撤调誠轮则不 动，所以测读数据前，要调整零点。方法：将做圳誠轮噸时it （或逆时针）转至零自，然后以同样的方向转动机调鼓轮, 对齐任一刻BSo再将撤调鼓轮同方向旋转-周再至零点。 测量。测干涉环级从坏心"吐出"或“吞进”坏数!（毎50环）和对应的动镜 稼朋的as Adto 数据记录，并上交任课教师审批签字。2、观察和测量拥光的干涉条纹及钠双线的波长差（选僻） 射 光为光（K调出等颇干涉条纹。在激光自光滌等颐干涉的基HJ上，以拥光灯取代激光，轴光朋射到毛玻朋片上（毛玻姻

9、片上ii有一条标记线），形成均匀的扩展光源，加强干涝条奴的亮度。并使之弓什光片 Gi等高并且位于沿分光片AIM镜的中心线上，用IKIBSil G,直视M2钱，细心微调Ml 镜后面的3个调节螺II,使拥光灯毛玻璃片上的直线所成的两个像完全重合。如杲难以 重合，可略偸调节一下Mb镜后的3彳、螺钉。当两f像完全重合时，可轻轻转动粗调手轮, 使M 2镜務动，新看到有明18相间的干涉風环。若干涉环模糊，可沿同方向迪续缓慢转朋 相调手轮，干涉环就会出现。 再仔细调节Mi钱的2个拉簧螺丝，直到把干涉环中心明到視场中央，并冃使干涉环中 心18观察者的眼睛左右、上下務朋而務动，但干涉坏不发生“涌岀”或“编人”现

10、象， 这时观察到的干涉条纹才是严格的等颐干涉。 測钠光D双线的平均波长无(选做(:(1 )先调仪器零点，方法如上(昭)o(2) 杨动M2镜，使視场中心的視见度最小，记录M2钱的位置；沿原方向继续務动M2 镜，使視场中临的视见厦由最小到最大直至Q为最小，再记录M2猿位置，连续測岀5个 视见度最小时M2镜位置。(3) 用逐差法求(!的平均值，计算DJI线的波长差：亠1 =巨二2M(4) 与标准值进行比较。3、观察白光的等I?干涉条纹将拥光灯换成日光灯，在等颐干涉基HJ上，移动M2镜，使干涉环由细密变fflK, I 到整f视场条纹变成等轴双曲线形状时，说明M 2与接近重合。当M 2与Mr达 到“零程

11、”时，在M2与Mr的交线附近就会岀现彩色条纹。再様小心堆龍转撤调手 轮找到中央条纹，其两侧对林分布着红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色条纹。记录 规察到的条纹形ttft®色分布。细心调节水平及垂頁拉簧螺丝，使m2与Mr有一很 小夹角(形成楔形空气膜层)，视场中便出现等偉干涉的宜条纹，规察和记录条纹的 形状、特点。附图2 ： ifi克尔逊干涉妆产生的等卑干涉条纹及皿柯恥的相应位置五、注意事项1s ifi克尔逊干涉仪系精密光学仪器，使用时应注意航尘、肮震；不要对着仪器说话、 咳Mt等；測量时动作要轻、缓，尽量使身ttfiUii离开实验台面，1WS动；不能顒慎光学元 件光学表面。2、激光管两端的高压引线头是裸需的，且激光电源空我输岀电压高达数干伏，要 警嵋淚Mo3、測量过程中耍I®止回程淚差。測量时,倣调誠轮只能沿一个方向转动(必须和大 手轮转动方向一致),否则全部测量数据无效，应重新测量。4、激光束光强18高，幼勿用眼睛对视，肪止视啊肢遭受永久性ffio5、实验完成后，不可调动仪器，