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1、用迈克尔逊干涉仪测定激光波长和钠光双线的波长差姓名学号 班级桌号 教室基教1303实验时间2 0 年 月 日 时段 指导教师一、实验目的1 .观察干涉条纹，考查点光源的非定域干涉、面光源的等倾、等厚干涉的形成条件、条纹 特点，加深对干涉理论的理解；2. 熟悉迈克尔逊干涉仪的结构、原理、特点及调整和使用方法；学会用它测量单色光波波 长及钠光双线的波长差。二、实验仪器迈克尔逊干涉仪，激光器，钠光灯。三、实验原理（预习填写空白内容）1. 产生干涉的等效光路迈克耳逊干涉仪所产生的干涉花样与MM2间的空气薄膜（厚度为d）所产生的干涉是一样的。2. 单色点光源产生的非定域干涉非定域干涉是指：图1迈克尔逊干
2、涉的光路图He-Ne激光光源发出的球面波先被分束镜G 分光，然后射向两个全反镜，经M，M2反射后，在人眼观察方向就得到两个相干的球面波，在它们相遇的空间处形成非定域干涉。当MJ/MJ 时，和M平行放置的观察屏上就出现同心圆条纹，圆心在光场的中心。两虚点光源间距是M 和m2间距d的 倍，即圆心处光程差为。若将屏E放在满足Z d的地方，光程差可近似为L=2dcos 3当L= 时形成明条纹当 L= 时形成暗条纹。（式中化=0,1,2称为干涉级）当。=0时，光程差L最大，故圆心A点对应的干涉级k最高。移动M1,若d增加，与 k级相应的条纹的。角变大，条纹沿半径外移，可看到条纹从中心“涌出”的现象。反之
3、，条 纹向中心“收缩”。每“涌出”或“收缩”一个条纹，光程差L改变 个波长。设M1移动了乙d距离相应地“涌出”或“收缩”的条纹数为况则 L=2A d=N人，即2Ad人=N只要从仪器上读出M1移动的距离 山，并数出中心“涌出”或“收缩”的条纹数N，利用上 式就能测出光源波长人。3. 单色面光源产生的干涉面光源中不同的发光点发出的光束虽互不相干，但每一个点光源发出的光束，经迈氏干 涉仪后可以产生自己的干涉图样，无数点光源产生的干涉图样的叠加结果所形成的稳定可见 的干涉图样由M1、M.的相对位置决定。若光源中包含有波长相近的两种单色光%和气，%=气+A人。移动M1改变d，则可遇到这样情况：分束镜所分
4、两束光的光程差恰为%的整数倍而同时又为气的半整数倍，即：L=这时，入光生成亮环的地方，恰为气光生成暗环的地方。若这两列光波强度相等，则这些地方 的反衬度为零，这时视场中将看不到干涉条纹。继续移动M、气的明纹和人2的暗纹渐渐错开， 反衬度增加。当X1的明纹和气的明纹相重迭时，反衬度最高V=1，此时干涉条纹最清晰。考虑到X与X相差很小，故人人=(X)2 ，又 L=2A d，故有： 121 2AX =只要知道两波长的平均值X和视场中心相继两次反衬度为零M1所移过的距离 d，就可 求出两者的波长差AX。根据这一原理，可测量钠光D双线的波长差。四、实验内容1.迈克尔逊干涉仪调节(阅读教材，填写箭头指向部
5、件的名称)图2迈克尔逊干涉仪(1) 利用水平调节螺钉，调节干涉仪大致水平。(2) 调节M1LM2，并观察非定域干涉：首先放松MM2镜背后的调节螺钉；调节大手轮使M1镜移至50mm附近；调节两个拉簧螺丝至中间位置，即保证向里向外都能拧；接着，要注意调整好光路，出射激光光束应水平、与分束板成45o角;再取下观察屏，直接向M1镜方向看过去。细心调整MM2镜后的调节螺钉，改变反射镜 的倾度，使M1镜里两列像点中最亮的两个点完全重合。此时，看到光点闪耀跳动，并伴有干涉 条纹(不清晰)。这时，大致有M1M2。安上观察屏即可看到干涉条纹即点光源的非定域干涉条 纹。缓慢、细心地调节M镜下端的两个拉簧螺丝，使干
6、涉条纹呈圆形且圆心大致在视场中心。 此时，基本上做到了 M1M2O最后轻而缓慢地旋转粗调手轮，移动M1镜，观察干涉条纹的变化。由干涉条纹的“涌出”、“陷入”判断M1、M2间距离d的变化情况。2.测氦一氖激光的波长（1）微调手轮零点调节；（2）消除螺纹间隙误差；（3）测量激光波长开始时（N=0）记下M1镜的位置（d0）。缓慢而均匀地旋转鼓轮，记数从干涉圆纹中心 “涌出”（或陷入）的条纹数，每隔20个条纹记一次M1的位置（d0、d20、d40、d60di80）。 利用得到的数据计算激光波长，并用不确定度完整表示测量结果。单位mmdd 20d 40d 60d 80d 100d 120d 140d 1
7、60d 180d 一d100od d12020d d14040d d16060d d18080，d=5(uAd=)=mm（写出计算关系式）2Ad 人 =mm =nmN_ 2u _ u = Ad =人N结果表示：3.观察等倾干涉，人 =测量钠黄光D双线的波长差。在上面实验的基础上，移动M使d0 （d0的判断：理论上当d0时中央暗纹将扩大 到整个观察屏上，但是实验过程中一般观察不到此现象。d越大时条纹越密，d越小时条纹越稀 疏，因此我们把干涉条纹间距最大时认定为de0，此时在观察屏上仅能看到几条条纹。）取掉激光器，换上带毛玻璃片钠光灯，使光束经毛玻璃漫散射后成为均匀的扩展面光源照亮分束板G1。在E处用用眼睛向着G1观察，将看到圆形等倾干涉条纹。使用粗调手轮，但旋转要慢，同时注意观察反衬度变化。反衬度最大时条纹最清晰，反衬度 为0时条纹消失。注意寻找相邻的反衬度为0的几个位置。采用逐差法求出疝，计算钠光D 双线波长差人（入取589.3nm），用不确定度完整表示测量结果。单位mmdddd4d5d6Ad =()=mm（写出计算关系式）Kk = W = 2Ad/3=mm =nmu =A（写出计算关系式）结果表示：人=五、课后作业题1.在实验内容3中，若换成白光光源，在光程差为0时能看到彩色的等倾条纹（可在实验 中验证）。根据此特点，试写出利用白光等倾条纹测透明薄膜厚度（折射率已知）的原理。
