迈克尔逊干涉仪的调整与使用

1、实验40 迈克尔逊干涉仪的调整与使用教学目标了解迈克尔逊干涉仪的设计原理；了解仪器的构造，掌握调节方法；学会利用等倾干涉条纹测量He-Ne激光的波长；重点：学会迈克尔逊干涉仪的调整方法；等倾干涉条纹的特性观察和应用干涉现象测量波长的方法。难点：等倾干涉的形成条件认识和测量。重点与难点实验内容迈克尔逊干涉仪调整；观察等倾干涉条纹并测量He-Ne激光的波长；实验数据处理计算。教学方法讨论、启发、指导方式教学。教学过程设计一讨论1.何谓等倾干涉？ 图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象可以等效为M1和M2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。当镜M1M2，即M1M2（图2）

2、时，由扩展光源S射出的任一束光，经薄膜上下表面反射形成的相干光束和光束的光程差为 （空气薄膜折射率n=1） 可见，薄膜厚度d一定时，光程差由入射角i决定。显然干涉条纹是等i（等倾角）的轨迹，即由干涉产生的条纹与一定的倾角对应，这种干涉称为等倾干涉。M2diABCDM1rFFPLn=1PiS图2 等倾干涉图1 迈克尔逊干涉仪SP1M2'M2M1dP2E2、如何利用等倾干涉现象测量光波长？ 等倾干涉条纹的亮暗应满足下面条件：亮条纹 （k=0、1、2） 暗条纹 可见，空气薄层厚度d一定时，入射角i 越小，即越靠近中心，圆环条纹的级数k 越高(这与牛顿环正好相反)，在中心处，i =0，级次最高

3、。若这时，中心处刚好是亮斑，则有 由此式可得 可见，移动M1镜改变空气薄膜的厚度d，中心亮斑的级次kc也会改变。而且当中心亮斑变化一个级次（kc=±1），即每冒出或吞没一个亮条纹，就意味着空气薄层厚度改变了（/2），也就是M1镜移动了（/2）的距离。显然，当中心亮斑变化了N个级次（ kc=±N），即冒出或吞没了N个亮条纹，则有所以，我们只要测出M1镜移动的距离d（可从仪器读出），并数出冒出或吞没干涉条纹的个数N，就可以通过上式计算出光源的波长。二预习检查提问问题1、 请问迈克尔逊光路图中，P1和P2个起什么作用？为什么光束和相遇时会产生干涉？2、 M1、M2镜背后的三个螺钉

4、作用是什么？3、 实验如何测量M1镜移动的距离？该仪器能读准到几位有效数字？4、 在P.56图5-40-3中，光束和光束之间的光程差与什么因数有关？（5-40-1）式中的n是什么？等于多少？5、 什么叫“等倾干涉”？干涉产生的明暗条纹应满足什么条件？6、 实验是根据什么物理现象和什么测量公式测量激光波长的？7、 你有没有分析过，等倾干涉的同心圆环条纹与牛顿环的同心圆环条纹有什么异同？三课后思考题1. 迈克尔逊干涉仪中的P1和P2各起什么作用？用钠光或激光做光源时，没有补偿板P2能否产生干涉条纹？用白光做光源呢？ 提示：从Na光、HeNe激光和白光的单色性好坏来分析，当光程差较大时，它们产生的干涉条纹会不会重叠？ 2. 在迈克尔逊干涉仪的一臂中，垂直插入折射率为1.45的透明薄膜，此时视场中观察到15个条纹移动，若所用照明光波长为500nm，求该薄膜的厚度。 提示：垂直插入折射率n=1.45的透明薄膜后，光程差改变了多少？这个改变与移动的条纹以及波长有何关系？3. 在“等倾干涉”中，当薄膜厚度h增加时，应该看到条纹由中心“冒出”还是向中心“湮没”？条纹的宽窄以及环