用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长

1、用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长物理思想 迈克尔逊干涉仪基于一种最典型的分振幅双迈克尔逊干涉仪基于一种最典型的分振幅双光束干涉原理，尤其光路决定，可灵活实现光束干涉原理，尤其光路决定，可灵活实现分振幅等倾干涉和等厚干涉，利用等倾干涉分振幅等倾干涉和等厚干涉，利用等倾干涉图样，改变等效平行薄膜厚度，会使干涉图图样，改变等效平行薄膜厚度，会使干涉图样中心将不断发生冒出或缩进圆环的现象，样中心将不断发生冒出或缩进圆环的现象，定量记录冒出或缩进圆环的数目，即可测定定量记录冒出或缩进圆环的数目，即可测定入射光的波长。入射光的波长。实验目的 了解迈克尔逊干涉仪的构造及设计原理，掌握调节方法。了解迈克尔逊干涉

2、仪的构造及设计原理，掌握调节方法。 利用点光源产生的同心圆干涉条纹测定单色光的波长。利用点光源产生的同心圆干涉条纹测定单色光的波长。实验仪器实验仪器 WSM-100型迈克尔逊干涉仪、型迈克尔逊干涉仪、HN-Q型激光器、扩束透镜。型激光器、扩束透镜。 实验原理 迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图和结构如图1 1与与2 2所示。所示。M M1 1、M M2 2是一对精密磨光是一对精密磨光的平面反射镜，的平面反射镜，M M1 1的位的位置是固定的，置是固定的，M M2 2可沿导可沿导轨前后移动。轨前后移动。G G1 1、G G2 2是是厚度和折射率都完全相厚度和折射率都完全相同的一对

3、平行玻璃板，同的一对平行玻璃板，与与M M1 1、M M2 2均成均成4545角。角。G G1 1的一个表面镀有半反射的一个表面镀有半反射、半透射膜、半透射膜A A，使射到其，使射到其上的光线分为光强度差上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透不多相等的反射光和透射光；射光；G G1 1称为分光板。称为分光板。 图图1 迈克尔逊干涉仪光路图迈克尔逊干涉仪光路图 当光照到当光照到G G1 1上时，在半透膜上分成相互垂直的两束光，透上时，在半透膜上分成相互垂直的两束光，透射光（射光（1 1）射到）射到M M1 1，经，经M M1 1反射后，透过反射后，透过G G2 2，在，在G G1 1的半透膜上

4、的半透膜上反射后射向反射后射向E E；反射光（；反射光（2 2）射到）射到M M2 2，经，经M M2 2反射后，透过反射后，透过G G1 1射向射向E E。由于光线（。由于光线（2 2）前后共通过）前后共通过G G1 1三次，而光线（三次，而光线（1 1）只通过只通过G G1 1一次，有了一次，有了G G2 2，它们在玻璃中的光程便相等了，它们在玻璃中的光程便相等了，于是计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中于是计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中的光程差就可以了，所以的光程差就可以了，所以G G2 2称为补偿板。当观察者从称为补偿板。当观察者从E E处处向向G G1 1看

5、去时，除直接看到看去时，除直接看到M M2 2外还看到外还看到M M1 1的像的像M M1 1。于是（。于是（1 1）、（）、（2 2）两束光如同从）两束光如同从M M2 2与与M M1 1反射来的，因此迈克尔逊反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和干涉仪中所产生的干涉和M M1 1 M M2 2间间“形成形成”的空气薄膜的的空气薄膜的干涉等效干涉等效。1 微调手轮； 2 粗调手轮； 3 刻度盘；4 丝杆啮合螺母； 5 毫米刻度尺； 6 丝杆；7 导轨；8 丝杆顶进螺帽； 9 调平螺丝； 10锁紧螺丝； 11可动镜M2； 12观察屏； 13倾度粗调； 14固定镜M1； 15倾度微调； 1

6、6倾度微调； 17G1、G2图图2 迈克尔逊干涉仪结构图迈克尔逊干涉仪结构图单色光波长的测量当M2M1时，即M2平行于M1,若光以同一倾角入射在M2和M1上，射后形成两束相互平行的相干光，其光程差为：cos2dkd 2 d固定时，可看出倾角相同方向上两相干光光程差均相等。具有相等的各方向光束形成一圆锥面，因此在无穷远处形成等倾干涉条纹呈圆环形，这是眼睛对无穷远调焦就可以看到一系列同心圆。越小，干涉圆环直径越小，它的级次k越高.圆心处=0，cos值最大，这时有所以圆心处级次最高。当使d增加时，圆心的干涉级次越来越高，就看到圆环一个一个从中心冒出来；反之，就看到圆环一个一个从中心缩进去；每当d增加

7、或减少/2,就会冒出或缩进一个圆环。因此，若测出移动的距离 d和冒出（或缩进）圆环数N，就可以求出波长为 。 Nd2实验内容与步骤1.调节仪器调节仪器（1）打开激光器，粗略调节迈克尔逊干涉仪与激光器大致处于同一水平高度，让激光束通过分光板和补偿板中心垂直入射到平面镜M2的中心（目测）。（2）将平面镜M1和M2背后的轻度至于松紧合适的中间位置（留有可调余地）。（3）转动手轮，尽量使M1、M2同分光斑的距离相等（目测）。（4）遮住M1，调节M2背后的倾度粗调螺钉，使其反射的光点正好射回激光器的发射孔中。（5）遮住M2，调节M1背后的倾度粗调螺钉，使M1反射的三个光点中间的一个（最亮）回到激光器的发

8、射孔中，此时达到了粗调的要求。（6）将扩束透镜放置在激光器与分光板之间的适当位置，让透射光照射到分光板上，再观察屏E的背面就可以观察到等倾干涉圆环条纹，这时的条纹可能不够圆或者中心便宜，再微调M2的轻度微调螺丝，使条纹变圆且居中，此时 ，以满足M2M1的要求。2 测量由测量波长关系式可知，是一定值，平移M1来改变d，观察等倾圆环条纹的变化规律并记录。每冒出或缩进50个圆环（中央亮斑最大）记录一次M1镜的位置，连续测9次，用逐差法处理实验数据。注意事项（1）切勿用眼睛直视激光。（2）切勿用手触摸各种镜的光学表面。（3）精密丝杆及导轨精度很高，受损会影响仪器精度，操作时动作要慢，严禁粗鲁、急躁。（4）实验时，要避免引入空程误差，记录M1镜再个位置的读数时，微动手轮应单方向转动。数据及处理条纹的吞吐