物理实验报告（九）.PDF

物理实验报告（九） 实验二十一、 Michelson 干涉仪  Stuart Rubinstein  [目的要求] 1 ．掌握 M‐干涉仪的调节方法；  2 ．调出非定域干涉和定域干涉条纹；  3 ． 了解各类型干涉条纹的形成条件，花纹特点，变化规律及相互间的区别；  4 ．用 M‐干涉仪测量气体折射率。    [仪器用具] M‐干涉仪（WSM‐100 型，0‐100mm, 最小刻度 1×10−4 mm ）  He‐Ne 激光器（HN150NT 型），扩束透镜，小孔光阑，白炽灯，毛玻璃（两片），小 气室，充气皮囊，气压计，凸透镜。    [实验原理] 一．Michelson 干涉仪光路  Michelson干涉仪是一种分振幅双光束的干涉仪。它的光路如下图所示。由 光源S发出的一束光射到一平行平面板G1,G2上，G1板的后表面镀有半反射膜，一 般为Ag 。这个半反射膜将一束光分为两束，一束为反射光I ，另一束为透射光II ， 二者强度近于相等。此板称为分束板。当激光束以 45 度角射向G1 时，被它分来 互相垂直的两束光。它们分别垂直射到反射镜M1和M2 上。经反射后这两束光再 回到G1 的半反射膜上，又重新会集成一束光。由于反射光I和透射光II为两相干光 束，因此，我们可在E方向观察到干涉条纹。G2为一补偿板，其物理性能与几何 形状皆与G1全同（但无反射膜），G2与G1平行，G2 的作用是保证I和II两束光的毛 玻璃E处的光程完全相等。  反射镜M2是固定不动的，M1可在精密导轨上前后移动，从而改变I和II两光 束之间的光程差。精密导轨与G1成 45 度角。为了使光束I与导轨平行，激光应垂 直导轨方向射向M‐干涉仪。  二．图中的M’2是M2被G1反射所成的虚像。从观察者看来，两相干光束是从M1和M’2反 射过来，因此，我们把干涉仪产生的干涉等效 为M1和M’2 间的空气膜所产生的干涉来进行分 析研究。  1. 点光源照明—非定域干涉条纹  Stuart Rubinstein        激光束经短焦距凸透镜会聚后可得点光源S ，它发出球面波照射M‐干涉 仪，经G1分束及M1 ，M2反射后射向屏E的光可以看成是由虚光源S1 ，S’2发出 的，其中S1为点光源S经G1和M1反射后成的像，S’2为点光源S经M2及G1反射 后成的像。这两个虚光源S1 ，S’2所发出的两列球面波，在它们能相遇的空间 里处处相干，即各处都能产生干涉条纹。因此在这个光场中的任何地方放置 毛玻璃都能看到干涉条纹，这称为非定域干涉。       随S1 ，S’2与毛玻璃的相对位置不同,干涉条纹的形状也不同.当毛玻璃与 S1S’2连线重直时,得到圆条纹，圆心在S1S’2连线和毛玻璃屏的交点O处。当毛 玻璃E与S1S’2连线的垂直平分线垂直时，将得到直线条纹。其他情况下将得 到椭圆，双曲线干涉条纹。     下面分析非定域圆条纹的特性：      S , S 到接收屏上任一点p 的光程差为ΔL S P =−S P ，当r z 时， 1