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迈克耳孙干涉实验报告 迈克耳孙干涉仪实验报告 迈克耳孙干涉仪实验报告 摘要：迈克耳孙干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型。本实验利用迈克耳孙干涉仪对光的干涉基本现象进行了观察，对单色光波长进行了测定，并对光场的时间相干性进行了研究。 关键词：迈克耳孙干涉仪；光的干涉；单色波波长；光场的时间相干性 The Report of Michelson Interferometer Experiment Abstract: The Michelson interferometer is the model of many modern interferometers because of its elaborate design and widespread use. The experiment observed the basic phenomenon of interference of light, measured the wavelength of monochromatic light and studied the temporal coherence of light field. Key words: Michelson interferometer; interference of light; wavelength of monochromatic light; temporal coherence of light field 1881年迈克耳孙制成第一台干涉仪。后来， 迈克耳孙利用干涉仪做了三个文明于世的实验：迈克 1. 实验原理及仪器介绍 耳孙-莫雷以太零漂移、推断光谱精细结构、用光波波长标定标准米尺。迈克耳孙在精密仪器以及用这 1.1 迈克耳孙干涉仪简介 些仪器进行的光谱学和计量学方面的研究工作上做 迈克耳孙干涉仪是根据分振幅干涉原理制成的出了重大贡献，荣获1907年诺贝尔物理奖。迈克耳 精密实验仪器，主要由４个高品质的光学镜片和一孙干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪 套精密的机械传动系统装在底座上组成，其结构如的原型，它不仅可用于精密测量长度，还可应用于 图1所示。 测量介质的折射率，测定光谱的精细结构等。本实 验利用迈克耳孙干涉仪对光的干涉基本现象进行了观察，对单色光波长进行了测定，并对光场的时间相干性进行了研究。 图1 迈克耳孙干涉仪结构图 其中，1——分束器G1；2——补偿板G2；3——可动反射镜M1；4——固定反射镜M2；5——反射镜调节螺丝；6——导轨；7——水平拉簧螺丝；8——垂 直拉簧螺丝；9——微调手轮；10——粗调手轮；11——读数窗口；12——光屏。 迈克耳孙干涉仪的光路图如图2所示 ： 图2 迈克耳孙干涉仪光路图 作为分束器的G1是一面镀有半透膜的平行平 面玻璃板，与相互垂直的M1和M2两个反射镜各成45°角，它使到达镀镆处的光束一半反射一半透射，分为两个支路Ⅰ和Ⅱ，又分别被M1和M2反射返回分束器会合，射向观察位置E。补偿板G2平行于G1，是一块与G1的厚度和折射率都相同的平行平面玻璃。它用来补偿光束Ⅱ在分束器玻璃中少走的光程，使两光路上任何波长的光都有相同的程差，于是白光也能产生干涉。M2是固定的，M1装在拖板上。转动粗调手轮，通过精密丝杠可以带动拖板沿导轨前后移动，导轨的侧面有毫米直尺。传动系统罩读数窗口内的圆分度盘每转动１格，M1镜移动0.01mm，右侧的微调手轮每转动1个分格，M1镜只移动10-4mm，估计到10-5mm。M1和M2的背后各有3个调节螺丝，可以调节镜面的法线方位。M2镜水平和垂直的拉簧螺丝用于镜面方位的微调。 1.2 点光源的非定域干涉 激光束经短焦距凸透镜扩束后可得点光源S，它发出的光被M分为光强大致相同的两束光(1)和(2)，如图3所示．其中光束(1)相当于从虚像S’发出，再经M1反射，成像于S’1；光束(2)相当于从虚像S’发出，再经M’2反射成像于S’2(M’2是M2关于M所成的像)。因此，单色点光源经过迈克耳孙干涉仪中两反射镜的反射光，可看作是从S’1和S’2发出的两束相干光。在观察屏上，S’1与S’2的连线所通过点 P0的程差为2d，而在观察屏上其他点P的程差约为2dcosi (其中d是M1与M’2的距离，i是光线对M1或M’2的入射角)。 因此，干涉条纹是以P0为圆心的一组同心圆，中心级次高，周围级次低。无论干涉条纹形状如何，只要观察屏在S’1与S’2发出的两束光的交叠区，都可看到干涉条纹，所以这种干涉称为“非定域干涉”。 图3 点光源产生非定域干涉 每吞进或吐出一圈环纹，说明相干光光程差改变了一个波长?.吞进或吐出N个环纹，相干光光程差改变为：