实验310迈克尔逊干涉仪的调整和使用.DOC

实验3.10 迈克尔逊干涉仪的调整和使用 在物理学史上，迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验，精确地测量微小长度，否定了以太的存在，这个著名的实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路，1907年诺贝尔奖。迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。目前，根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产、生活和科技领域。 实验目的 1．了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理。 2．迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。 3．观察等倾干涉条纹，等厚干涉条纹4．测量激光的波长钠光的双线波长差。 实验仪器 迈克尔逊干涉仪（），激光器，钠光灯，毛玻璃屏，扩束镜。 迈克尔逊干涉仪介绍1．迈克尔逊干涉仪的主体结构迈克尔逊干涉仪的主体结构如图345（a）所示，由下面6个部分组成1微调手轮　2粗调手轮　3读数窗口　4可调螺母　56精密丝杆　7导轨（滑槽）　8螺钉　9调平螺丝　10锁紧圈　11移动镜底座　12紧固螺丝　13滚花螺丝　14全反镜　15水平微调螺丝　16垂直微调螺丝　17观察屏固定杆　18观察屏图345　迈克尔逊干涉仪结构 （1）底座 底座由生铁铸成，较重，确保仪器的稳定性。由3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7由两根平行的长约280mm的框架和精密丝杆6组成，被固定在底座上，精密丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1mm，如图345（b）所示。 （3）拖板部分 拖板是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母，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（即M1）在导轨面上滑动，实现粗动。M1是一块很精密的平面镜，表面镀有金属膜，具有较高的反射率，垂直地固定在拖板上，它的法线严格地与丝杆平行。倾角可分别用镜背后面的颗滚花螺丝13来调节，各螺丝的调节范围是有限度的，如果螺丝向后顶得过松在移动时可能因震动而使镜面有倾角变化，如果螺丝向前顶得太紧，致使条纹不规则，严重时，有可能螺丝口打滑或平面镜破损。 （4）定镜部分 定镜M2是与M1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M2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；通过调节其上的垂直拉簧螺钉16使M2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3颗滚花螺丝13相比，1516改变M2的镜面方位小得多。定镜部分还包括分光板P1和补偿板P2，面原理部分介绍。 （5）读数系统和动部分 动镜11（即M1）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1mm，即M2移动1mm，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10-2mm，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0.01mm，可从读数窗口3中可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10-4mm。所以，最后读数应为上述三者之和3-46所示。 图3-46 迈克尔逊干涉仪的读数 （6）附件 支架杆17是用来放置像屏18用的，由加紧螺丝12固定。 2．迈克尔逊干涉仪的调整 （1）按图347所示安装HeNe激光器和迈克尔逊干涉仪。打开HeNe激光器的电源开关，光强度旋扭调至中间，使激光束水平地射向干涉仪的分光板P1。图347　迈克尔逊干涉仪（2）调整激光光束对分光板P1的水平方向入射角为45。 如果激光束对分光板P1在水平方向的入射角为45，那么正好以45的反射角向动镜M1垂直入射，原路返回，这个像斑重新进入激光器的发射孔。调整时，先用一张纸片将定镜M2遮住，以免M2反射回来的像干扰视线，然后调整激光器或干涉仪的位置，使激光器发出的光束经P1折射和M1反射后，原路返回到激光出射口，这已表明激光束对分光板P1的水平方向入射角为45。 （3）调整定臂光路 将纸片从M2上拿下，遮住M1的镜面。发现从定镜M2反射到激光发射孔附近的光斑有4个，其中光强最强的那个光斑就是要调整的光斑。为了将此光斑调进发射孔内，应先调节M2背面的3个螺钉，改变M2的反射角度。微小改变M2的反射角度再调节水平拉簧螺钉15和垂直拉簧螺钉16，使M2转过一微小的角度。特别注意，在未调M2之前，这两个细调螺钉必须旋转到中间位置。 （4）拿掉M1上的纸片后，要看到两个臂上的反射光斑都应进入激光器的发射孔，且在毛玻璃屏上的两组光斑完全重合，若无此现象，应按上述步骤反复调整。 （5）用扩束镜使激光束产生面光源，按上述步骤反复调节，直到毛玻璃屏上出现清晰的等倾干涉条纹。 实验原理 1．相干光的获得 迈克尔逊干涉仪的工作原理如图347所