光学实验五麦克森干涉仪.PDFVIP

光學實驗五 麥克森干涉儀 1. 目的： (1)練習麥克森干涉儀的調整及使用。 (2)觀察單色光干涉的等傾度條紋及等厚度條紋。 2.原理： 麥克森干涉儀的構造如圖5-1 ，它的最大特點是干涉的兩束光路徑分離，可以獨立 處理，應用方便。光源發出的光經分光鏡O 分為兩束，分別由M1 及M2 反射，部分 反射光經分光鏡之後合併干涉，在Detector 處可以觀察干涉條紋。分析時，常將因分 光鏡所造成的兩道光束放到同一軸上，如圖5-2 所示，討論兩道光束的的光程差。 圖5-1 圖5-2 如圖5-2 ，O 將M1 成像於M1 ’，若M1 ’平行於M2 ，光程差完全取決於光線的方向。 若光源選用單色光時，在目鏡D 的焦平面將看到同心圓的干涉圖形(圖5-3) ，稱為等 傾度條紋。若M1 ’與M2 不平行 ，在兩平面交線附近，光程差的主要決定因素是該處 M ’M 的距離；M 、M 、O 均為平面時，條紋近於間隔均勻的平行直線，稱為等厚度 1 2 1 2 條紋，遠離二面交線時，光線方向對光程差的影響變大，條紋彎曲。 圖5-3 假設光在 O 、M1 、M2 的反射沒有造成二束光的相位差，則等傾度條紋的光程差為  2d c os (1) d 為M ’M 的距離(即一面鏡子不動，另一面鏡子移動的距離) ， 為光線在M 及M 1 2 1 2 的入射角。當d 改變時，干涉條紋相應的移動，不斷向中心縮陷或自中心湧出。光程 差每改變一波長時，消失或生出一條紋(N=1) 。反射鏡(M 或M )移動距離與條紋改變 1 2 數N 的關係(中心 = 0)為 N 2d (2) 測量波長時由N 及d 計算  。反之測距時，由已知的及N 計算d 。 3.儀器： 麥克森干涉儀組件、綠光雷射。 4.步驟： (注意：不可用眼睛直接觀看雷射光源 。) (1)使圖5-1 中的分光鏡與雷射光平行(即雷射光不經過分光鏡) 。 (2)調整後方平面鏡M1 旋鈕，使雷射光不經由分光鏡並垂直入射平面鏡。 (3)放上分光鏡使其與雷射光夾角為45° ，此時雷射光經由分光鏡分成兩束光；一束沿 原本行進方向入射M1 ，另一束反射到下方平面鏡M2 。 (4)調整M2 ，使M2 的反射光再反射回分光鏡內，以到達屏幕，並微調使經過M1 、M2 反射後的兩光點約略重合。 (5)將凸透鏡置於光屏前方 ，使雷射光點成為放大光斑，並再次微調M2 使兩光斑真正 重合，此時會看到明暗相間的干涉條紋。 (6)轉動螺旋測微器 ，使M1 平行前進或後移，可看見干涉條紋會移動。記錄干涉條紋 移動數N 及螺旋測微器移動的距離S 。根據干涉儀上方的換算比例計算平面鏡M1 平移距離d ，分別代入式(1)求雷射光波長，並紀錄於表一。 (7)將光屏前透鏡撤走，換置於雷射光之前，使進入干涉儀組之雷射光源由點光源變成 近平面波，觀察干涉條紋有否不同？並以新的干涉條紋變化計算雷射光波長，並紀 錄於表二。 5.實驗紀錄： 表一 凸透鏡置於光屏前方之觀察紀錄 干涉條紋移動數 螺旋測微器移動距離S M1 移動距離d 雷射光波長 偏差( d  )