迈克耳逊干涉仪

1、大学物理实验大学物理实验编制：朱德权编制：朱德权 迈克耳逊干涉仪是美国实验物理迈克耳逊干涉仪是美国实验物理学家迈克耳逊于学家迈克耳逊于18811881年设计的双光束年设计的双光束干涉仪器。迈克耳逊和他的合作者用干涉仪器。迈克耳逊和他的合作者用该仪器进行了该仪器进行了“以太漂移以太漂移”的实验、的实验、标定米尺、推断光谱线精细结构等三标定米尺、推断光谱线精细结构等三项著名实验。利用该仪器可观察多种项著名实验。利用该仪器可观察多种干涉条纹，它的调整方法在光学技术干涉条纹，它的调整方法在光学技术中有一定的代表性。中有一定的代表性。迈克耳逊干涉仪光路图迈克耳逊干涉仪光路图 M M1 1与与M M2 2

2、 之间形成的是一个空气之间形成的是一个空气薄膜。薄膜。迈克耳逊干涉仪产生的干涉，迈克耳逊干涉仪产生的干涉，与与M M1 1、M M2 2 之间的空气薄膜产生的干之间的空气薄膜产生的干涉一样。改变涉一样。改变M M1 1、M M2 2 的相对位置，的相对位置，就可以得到各种形式的干涉条纹。就可以得到各种形式的干涉条纹。薄膜等倾干涉薄膜等倾干涉 薄膜等倾干涉是分振幅干涉。薄膜等倾干涉是分振幅干涉。设薄膜上下表面平行。如图设薄膜上下表面平行。如图hSa1a2iDABnCinhLcos2即入射角相同的点的光程差即入射角相同的点的光程差 L L相同，相同，故称等倾干涉。干涉图样为同心圆。故称等倾干涉。干

3、涉图样为同心圆。条纹方程条纹方程2) 12(cos2KKinh（明条纹）（明条纹）（暗条纹）（暗条纹）a a1 1与与a a2 2的光程差为的光程差为利用薄膜等倾干涉测波长利用薄膜等倾干涉测波长2Nd 干涉图象中，随着干涉图象中，随着d 的增大或减的增大或减小，条纹从中心小，条纹从中心“冒出冒出”或向中心或向中心“缩入缩入”。设。设M M1 1移动移动 d d时，时，K K的变化的变化量为量为N N则则数出数出N N个条纹对应的个条纹对应的 d d，即可求出波即可求出波长长 。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，光线经上下表面反射后得到的一对相线经上下表

4、面反射后得到的一对相干光干光a a1 1与与a a2 2，将不再平行，如图将不再平行，如图a2Sa1nhABC设某处膜的厚度为设某处膜的厚度为h，膜的折射率为膜的折射率为n,则两束相干光的光程差则两束相干光的光程差 L L为为nhL2干涉条纹沿等厚线分布，故称为等干涉条纹沿等厚线分布，故称为等厚干涉。干涉图样是等距离分布的厚干涉。干涉图样是等距离分布的明暗相间的直条纹。明暗相间的直条纹。定域干涉和非定域干涉定域干涉和非定域干涉 当光源是扩展光源时，不论是当光源是扩展光源时，不论是等倾干涉还是等厚干涉，所产生的等倾干涉还是等厚干涉，所产生的干涉条纹都有一定位置，这些干涉干涉条纹都有一定位置，这些

5、干涉称为定域干涉。称为定域干涉。 当光源是点光源时，凡是两束当光源是点光源时，凡是两束光相遇处都可看到干涉条纹，这些光相遇处都可看到干涉条纹，这些干涉称为非定域干涉。干涉称为非定域干涉。两谱线精细结构的测量两谱线精细结构的测量 钠光源的两条临近强谱线的钠光源的两条临近强谱线的波长波长 1和和 2，移动，移动M M1，当光程差，当光程差满足满足1221)21(2KKdL时，时， 2光形成的明条纹处光形成的明条纹处 1光形光形成暗条纹。这时条纹的对比度最成暗条纹。这时条纹的对比度最小。小。 当当M M1镜继续移动时，两个条纹镜继续移动时，两个条纹继续错开，条纹的对比度又逐渐继续错开，条纹的对比度又

6、逐渐增加，条纹逐渐清晰。当增加，条纹逐渐清晰。当122121) 1()(2KKKKdL时，条纹的对比度再次减小。由时，条纹的对比度再次减小。由上述两式，可得钠双线的波长差上述两式，可得钠双线的波长差d2212平板玻璃折射率的测量平板玻璃折射率的测量 利用白光条纹求玻璃折射利用白光条纹求玻璃折射率。若率。若M M1镜移动距离为镜移动距离为 d d, ,玻玻璃板厚度为璃板厚度为h h，则玻璃板折射则玻璃板折射率为率为hdn 1返回返回观察屏观察屏分光板分光板补偿板补偿板全反镜全反镜粗调手轮粗调手轮细调手轮细调手轮竖直调节螺丝竖直调节螺丝水平调节螺丝水平调节螺丝返回返回（一）利用非定域等倾干涉条纹测

7、（一）利用非定域等倾干涉条纹测单色光波长单色光波长 非定域等倾干涉条纹的调节非定域等倾干涉条纹的调节 调节调节M M1 1、M M2 2背后的三个螺丝背后的三个螺丝，使得，使得M M1 1 镜中的两组反射点重合。从观察屏上镜中的两组反射点重合。从观察屏上看干涉图样。看干涉图样。 测定单色光的波长测定单色光的波长 记下记下M M1 1镜的镜的初始位置，然后每缩进初始位置，然后每缩进或冒出或冒出100个条纹记录一次个条纹记录一次M M1 1镜的镜的位置位置共数共数1100条，根据公式条，根据公式 ，用，用逐差法求波长。逐差法求波长。Nd2（二）观察和记录各种干涉条纹（二）观察和记录各种干涉条纹1.

8、调节调节M M1 1镜的镜的位置位置，观察和记录非定观察和记录非定域和定域的等倾干涉条纹。域和定域的等倾干涉条纹。2.减小减小M M1 1与与M M2 2 之间的距离（可看到之间的距离（可看到条纹变稀、变粗），直至视场中剩条纹变稀、变粗），直至视场中剩下一两条弯曲条纹，下一两条弯曲条纹，调节调节M M2 2一侧的一侧的水平微调螺丝水平微调螺丝，及，及M M1 1镜的微调螺旋，镜的微调螺旋，观察和记录非定域和定域的等厚干观察和记录非定域和定域的等厚干涉条纹。涉条纹。（三）测量钠双线的波长差（三）测量钠双线的波长差 等倾条纹调好后，缓慢移动等倾条纹调好后，缓慢移动M M1 1镜使视场对比度最小，记

9、下此时镜使视场对比度最小，记下此时M M1 1镜的位置；再沿原来方向移动镜的位置；再沿原来方向移动M M1 1镜，镜，使视场对比度再次最小，记下使视场对比度再次最小，记下M M1 1镜镜的位置。根据公式，可求出波长差。的位置。根据公式，可求出波长差。四、白光条纹的调节及平板四、白光条纹的调节及平板玻璃折射率的测量玻璃折射率的测量 调出等厚干涉条纹，换上白光调出等厚干涉条纹，换上白光光源，微调光源，微调M M1 1可观察到彩色条纹。可观察到彩色条纹。当彩色条纹中心黑条纹位于视场中当彩色条纹中心黑条纹位于视场中心时，仪器处于零光程点。心时，仪器处于零光程点。 若在若在M M1 1镜前加一厚度为镜前加一厚度为h h的玻璃的玻璃板，向板，向G G1 1方向移动方向移动M M1 1镜，直至再次镜，直至再次出现白光条纹。测出出现白光条纹。测出M M1 1镜移动的距镜移动的距离，根据