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1、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
2、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： 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M2M2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 M1M2dn n根据干涉条件可得到： 2dcosi =kn n在薄膜厚度d不变、入射光波长不变时，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
3、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 =k 直接直接测测量量d d、i i、k k，从而得到，从而得到 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。公式2dcosi =k2dcosi =k 变为变为：
4、2d =k2d =k 。而此。而此时时k=0k=0，亦不能，亦不能计计算出算出 。n n在光源的可照射范围内，在光源的可照射范围内，d d、 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dd，数出，数出“ “外冒外冒” ”或或” ”陷入
5、陷入“ “的条纹数的条纹数N N，则由：，则由：2d=N2d=N 得出：得出： 2d2dN 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
6、，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
7、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d=|dd=|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 110000mm10000mm）三部分组成。）三部分组成。d d1 1(mm)(mm)d d2 2(mm)(mm)d d d(d(平均平均) ) 1 12 23 3六、注意事项
8、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。
