实验二迈克尔逊干涉仪的调节和使用

一、实验目的

1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理； 2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法； 3、观察等倾干涉条纹，测量HeNe激光的波长； 4、了解钠光、白光干涉花样的特点。

三、实验原理

'在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉等效于膜M1,M2的薄膜干涉。两束光的光

程差为：2dcosik

（一）、扩展光源产生的干涉图（定域干涉）

'

1、M1和M2严格平行——等倾干涉

条纹特点：

明暗相间的同心圆纹，条纹定域在无穷远（需用会聚透镜成像在光屏上）；中心级次最高，k2d；3）d增大，条纹从中心向外“涌出”， d减小，条纹向中心“陷入”，每“涌出” 或“陷入”一个条纹，间距的改变为2，“涌出”和“陷入”的交接点为d0情况（无条纹）。干涉条纹的分布是中心宽边缘

'窄，d增大条纹变窄ikikik12dik（d,ik增加时条纹变窄），M1和M2有

一很小的夹角——等厚干涉2dcosi2d1i22，当入射角也较小时为等厚干涉，条纹定域在薄膜表面附近；在两镜面交线附近处，d较小，i的影响可以

''略去，干涉条纹是一组平行于M1和M2交线的等间隔的直线条纹；在离M1和M2

交线较远处，d较大，i的影响不可以略去，干涉条纹变成弧形，且条纹弯曲的方向是背向两镜面的交线。

rOSMdMSa1'2'PMii'bS2\"1\"Lrftanifi图5—12－4 1 四、实验仪器

eNe迈克尔逊干涉仪（WSM100），H激光器，钠光灯，日光灯，扩束镜，屏。

1、底座

底座由生铁铸成，较重，确保仪器的稳定性。底座由三个调平螺丝（9）支撑，调平后，可以拧紧锁紧圈（10）以保持座架稳定。 2、导轨

导轨由两根平行的长约280毫米的框架（7）和精密丝杆（8）组成，被固定在底座上，精密丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1毫米 3、拖板部分

拖板（11）是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母（6），丝杆穿过螺母，当丝杆旋转时，拖板能前后移动，带动固定在其上的移动镜（11）在导轨面上滑动，实现粗动。

4、定镜部分

图5—12—1091711612141311182153WSM100型4567821图5—12—2定镜（14）与动镜是相同的一块平面镜，固定在导轨框架右侧的支架上。通过调节其上的水平拉簧螺钉（15）使其在水平方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹在水平方向微动；通过调节垂直拉簧螺钉（16）使其在垂直方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹上下微动；与三颗滚花螺丝相比，拉簧改变镜面的方位小得多。定镜部分还包括分光板和补偿板。 5、读数系统和传动部分——三级读数系统

2

动镜的移动距离毫米数可在机体侧面的毫米刻尺（5）上直接读得；粗调手轮（2）旋转一周，拖板移动1毫米,即动镜移动1毫米，同时，读数窗口（3）内的鼓轮也转动一周，鼓轮的一圈被等分为100格，每格为10-2毫米，读数由窗口上的基准线指示；微调手轮（1）每转过一周，拖板移动0.01毫米，可从读数窗口中看到读数鼓轮移动一格，而微调鼓轮的周线被等分为100格，则每格表示为10-4毫米最后读数应为上述三者之和，加上估读一位，可读到105mm。

五、实验内容与步骤

（一）迈克尔逊干涉仪的调节 1、利用水平调节螺丝，调干涉仪水平 2、调整激光束与干涉仪的光路大致垂直 目测：激光管中心轴线大致垂直于定镜；

调节：打开激光器，调定镜背后的三颗滚花螺丝使定镜反射的光束，返回激光发射孔

3、旋转粗动手轮，使动镜和定镜到镀膜面的距离大致相等 4、调M1M2

调动镜背面的三颗螺丝（有时还需要调定镜背面的三颗螺丝），使观察屏上两个最亮的光点完全重合。 5、观察等倾干涉条纹

在光路中加进凸透镜并调整之，让激光束通过透镜中心。此时观察屏上出现干涉条纹（不一定是圆形，可能是弧形），然后细调垂直拉簧、水平拉簧（有时还需调节动镜或定镜背面的三颗螺丝），屏上可出现干涉圆环。 （二）测量HeNe激光的波长 1、调零

因转动微调鼓轮时，粗调鼓轮随之转动；而转动粗调鼓轮时，微调鼓轮则不动，所以测读数据前，要调整零点。将微调鼓轮顺时针（或逆时针）转至零点然后以同样的方向转动粗调鼓轮，对齐任意一刻度线（注意两个鼓轮的旋转方向一致）。 2、测量

3

读出动镜M1所在的相对位置，此为“0”位置，然后沿同一方向转动微调手轮， 仔细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”的个数。每隔50个条纹，记录一次动镜M1的位置，共记450条条纹，读10个位置的读数，填入自拟的表格中。注意位置读数时可精确到10-4mm，估读到10-5mm。 3、数据处理

由2dk计算出HeNe激光的波长。用逐差法处理数据，并用不确定度表示测量结果。

六、注意事项

1、迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器，使用时应注意防尘、防震；不要对着仪器说话、咳嗽等；测量时动作要轻、缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动；不能触摸光学元件光学表面。

2、M2（或M1）镜后的调节螺丝、拉簧不要旋得过紧，以防镜片受压变形和损坏螺丝、拉簧，实验完毕，应将调节螺丝、拉簧松开，以免镜面、拉簧变形。3、激光管两端的高压引线头是裸露的，且激光电源空载输出电压高达数千伏， 要警惕误触。

3、测量过程中要防止回程误差。即调零结束后，测量开始时，应将微调鼓轮按原方向转几圈，直到干涉条纹开始“冒出”或“陷入”后，才开始读数测量；测量过程中微调鼓轮只能沿一个方向旋转，一旦反转，数据无效，且须重新调整零点。

七、实验思考题

1、如果不用激光光源，从一开始就用钠光，试拟定调出等倾干涉条纹的主要步骤，说明测量钠双线波长差的原理。

2、分别说明白光的等厚、等倾干涉的同一级干涉条纹中，各色光的排列顺序如何？

3、在观察等厚干涉时，干涉条纹怎样随空气楔角的变化而变化？为什么？ 4、举例说明迈氏干涉仪还有什么其它用途？ 5、利用迈氏干涉仪测量薄模的厚度或折射率？

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