实验五迈克尔逊干涉仪的分振幅干涉研究.pdf

实验五 迈克尔逊干涉仪的分振幅干涉研究 实验五 迈克尔逊干涉仪的分振幅干涉研究 实实验验五五 迈迈克克尔尔逊逊干干涉涉仪仪的的分分振振幅幅干干涉涉研研究究 光的干涉是重要的光学现象之一，是光的波动性的重要实验依据。两列频率相同、振动方向相同和位 相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象，即光的干涉现象。光的波长虽然很短(4 －７ －７ ×10 ～8×10 m之间)，但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得。根据干涉条纹数目和间 距的变化与光程差、波长等的关系式，可以推出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等，因此 干涉现象在照相技术、测量技术等领域有着广泛地应用。 相干光源的获取除用激光外，在实验室中一般是将同一光源采用分波阵面或分振幅两种方法获得，并 使其在空间经不同路径会合后产生干涉。 迈克尔逊干涉仪（如图5-1）是1883年美国 物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太” 漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用 分振幅法产生双光束以实现干涉。在近代物理和 近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和 用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应 用。利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。 [实验目的] 1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干 涉仪的结构，学习其调节方法。 2．调节观察干涉条纹，测量激光的波长。 3．测量钠双线的波长差。 4．练习用逐差法处理实验数据。 [实验仪器与器材] 迈克尔逊干涉仪，钠灯，针孔屏，毛玻璃屏， 图5-1 迈克尔逊干涉仪 多束光纤激光源（HNL 55700）。 [实验原理] 1．迈克尔逊干涉仪 图5-1是迈克尔逊干涉仪实物图。图5-2是迈克尔逊干涉仪的光 路示意图，图中M 和M 是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射 １ ２ 镜，其中M 是固定的；M 由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动， １ ２ 移动的距离由刻度转盘(由粗读、细读刻度盘组合而成)读出。在两臂 轴线相交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G ，它的第二 １ 个平面上镀有半透（半反射）的银膜，以便将入射光分成振幅接近相 等的反射光⑴和透射光⑵，故G 又称为分光板。G 也是平行平面玻 １ ２ 璃板，与G 平行放置，厚度和折射率均与G 相同。由于它补偿了光 １ １ 线⑴和⑵因穿越G 次数不同而产生的光程差，故称为补偿板。 １ 从扩展光源S 射来的光在G 处分成两部分，反射光⑴经G 反射 １ １ 图5-2 迈克尔逊干涉仪光路示意图 后向着M 前进，透射光⑵透过G 向着M 前进，这两束光分别在M ２ １ １ 、M 上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E处。因为这 ２ １ 两束光是相干光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。 由M 反射回来的光波在分光板G 的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使 M 在M 附近形成 １ １ １ ２ M 的虚像M ′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M 和M 的反射相当于自M 和M ′的反射。由此可见， １ １ ２ １ ２ １ 在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。 当M 和M ′平行时(此时M 和M 严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。一般情况下，M ２ １ １ ２ 和M 形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。 １ ２ 2．单色光波长的测定 用波长为λ