实验七 迈克尔逊干涉仪的调整与使用 一、实验目的一、实验目的n n1、学习迈克尔逊光路,了解什么是等倾干涉,加深对理论课这部分内容的理解；n n2、观察等倾干涉现象；n n3、了解迈克尔逊干涉仪的结构和调整方法,测量激光波长；n n4、迈克尔逊光路的应用 二、实验原理二、实验原理1 1、与本实验相关的几个知识点、与本实验相关的几个知识点n n光程：光程：n n相干条件：频率相等、位相差恒定、振动方向上有相干条件：频率相等、位相差恒定、振动方向上有相同的振动矢量相同的振动矢量n n分光方法：分振辐法、分波前法分光方法：分振辐法、分波前法n n干涉条件：干涉条件： 明明 暗暗 n n2、实验光路原理 n n3、等倾干涉i1i1双光束在观察平面处的光程差由下式给定：双光束在观察平面处的光程差由下式给定： Δ Δ＝＝2dcosi 2dcosi （本实验中两平面间为空气，折射率设为（本实验中两平面间为空气，折射率设为1 1））式中：式中：d d是是M1M1和和M2ˊM2ˊ之间的距离，之间的距离，i i是光源是光源S S在在M1M1上的入射角。
上的入射角n M1M2’d n n根据干涉条件可得到： Δ＝2dcosi =kλn n在薄膜厚度d不变、入射光波长λ不变时，条纹级次k由入射倾角i决定也即是说， 具有相同入射倾角的叠加光在同一条纹级上所以称为等倾干涉等倾干涉n n由点光源照射的情况可知：相同入射倾角的形状为圆形n n与干涉条件相符合的情况是：明、暗条件交替出现n n因此，等倾干涉的干涉花样为明暗相间的同心圆环圆环中心为0级，入射倾角i=0 4 4、测定激光波长、测定激光波长n n从点光源照射的情况可知，入射角从点光源照射的情况可知，入射角i i是无法确切测是无法确切测定的，由定的，由2dcosi =k2dcosi =kλ λ直接直接测测量量d d、、i i、、k k，从而得到，从而得到λ λ是不可能的是不可能的n n在光源垂直入射处（也即是条纹中心处），在光源垂直入射处（也即是条纹中心处），i=0i=0，，cosi=1cosi=1公式2dcosi =k2dcosi =kλ λ变为变为：： 2d =k2d =kλ λ而此时时k=0k=0，亦不能，亦不能计计算出算出λ λn n在光源的可照射范围内，在光源的可照射范围内，d d、、 λ λ不不变变的情况下，条的情况下，条纹纹的的总级总级数是一定的，增加数是一定的，增加d d则则k k增加，条增加，条纹纹数目数目增加，且增加，且变变小小变变密，密，实际现实际现象就是，条象就是，条纹纹从中心从中心一个个往一个个往“ “外冒外冒” ”，相反，减小，相反，减小d d时，条纹一个个时，条纹一个个“ “陷入陷入” ”，变大变稀。
变大变稀n n此时，只要测量出薄膜的改变量此时，只要测量出薄膜的改变量ΔdΔd，数出，数出“ “外冒外冒” ”或或” ”陷入陷入“ “的条纹数的条纹数N N，则由：，则由：2Δd=Nλ2Δd=Nλ 得出：得出：λ λ＝＝2Δd2Δd／／N N 三、迈克尔逊光路的应用三、迈克尔逊光路的应用n n测量波长（本实验内容）n n测量长度（米原尺）n n测量波长差n n观察白光干涉n n测量薄膜厚度n n测量空气折射率 四、实验仪器四、实验仪器俯视图侧视图WSM-100型迈克尔逊干涉仪 五、实验内容五、实验内容n n1、仪器调整及干涉条纹定性观察n n（（1 1）转动粗动手轮，使）转动粗动手轮，使MM1 1、、MM2 2镜与镜与G G1 1板的距离大致相等，板的距离大致相等，使激光发出的光射于使激光发出的光射于G G1 1板上，在干涉区域加入一透镜，在板上，在干涉区域加入一透镜，在透镜后面的观察屏上可观察到两排激光光点透镜后面的观察屏上可观察到两排激光光点 n n（（2 2）调整）调整MM2 2镜后的三颗螺钉，使激光光点重合镜后的三颗螺钉，使激光光点重合( (一般不调一般不调节节M1M1镜后的三颗螺钉镜后的三颗螺钉) )。
n n（（3 3）慢慢转动微动手轮，可观察到视场中条纹向外一个）慢慢转动微动手轮，可观察到视场中条纹向外一个一个的一个的“ “冒出冒出” ”或向内一个一个的或向内一个一个的“ “陷入陷入” ”中心，视场中出现中心，视场中出现3-43-4个圆环较为理想个圆环较为理想 n n2 2、测量激光波长、测量激光波长 数数5050个条纹个条纹“ “冒出冒出” ”或或“ “陷入陷入” ”，记录，记录MM1 1镜的始末位置镜的始末位置d d1 1和和d d2 2，则，则MM1 1镜镜移动的距离移动的距离Δd=|dΔd=|d2 2-d-d1 1| | 注注:M:M1 1镜的位置读数由仪器左侧标尺读数（镜的位置读数由仪器左侧标尺读数（mmmm）、粗动手轮上的读数）、粗动手轮上的读数(1/100 mm)(1/100 mm)和微动手轮上的读数（和微动手轮上的读数（1 1／／10000mm10000mm）三部分组成三部分组成d d1 1(mm)(mm)d d2 2(mm)(mm)Δd Δd Δd(Δd(平均平均) )λ λ1 12 23 3 六、注意事项六、注意事项 n n1 1、绝对不能用手或其它东西去触摸光学镜头，尤其是半、绝对不能用手或其它东西去触摸光学镜头，尤其是半反半透膜。
反半透膜 n n2 2、激光的单色性好、方向性好、空间相干性和时间相干、激光的单色性好、方向性好、空间相干性和时间相干性好，而且亮度极高，绝对避免用眼直视激光性好，而且亮度极高，绝对避免用眼直视激光 n n3 3、光纤易碎，勿弯折光纤易碎，勿弯折 n n4 4、迈克尔逊干涉仪是精密的光学仪器，各部分的调整控、迈克尔逊干涉仪是精密的光学仪器，各部分的调整控制机构均极精密，调整的范围也有制机构均极精密，调整的范围也有——定的限度，调整时必定的限度，调整时必须仔细、认真、轻缓．且其光学元件全部暴露在外，使用须仔细、认真、轻缓．且其光学元件全部暴露在外，使用时不能对着仪器咳嗽、说话，严禁用手触摸光学元件表面时不能对着仪器咳嗽、说话，严禁用手触摸光学元件表面。