迈克尔逊干涉仪申优论文.doc

迈克尔逊干涉仪实验中常见问题的分析 XXX（1600XXXX） （XX大学 XXXX学院，南京 211189） 本文对迈克尔逊干涉仪的调节和使用中存在的几个问题进行了分析和讨论，并给出了解决建议。 等倾干涉；等厚干涉；定域干涉；非定域干涉；白光干涉 The discussion of some problems in the experiment of michelson interferometer Problems about the regulation and the usage of Micheleson interferometer are analysed and discussed in the article，the solutions to the problems are also suggested in it。Interference of equal angle of inclination;interference of equal thickness;localized interference;no-localizedinterference;interference of white light; 在迈克尔逊干涉实验中，实验者面临一下几个问题：（1）怎样调节和判断等倾现象的出现；（2）怎样调节和判断等厚现象的出现；（3）怎样区分定域干涉与非定域干涉条纹；（4）白光干涉的中央条纹是亮条纹还是暗条纹。 1 等倾干涉的调节现象及遇到的问题 作者简介： 什么是等倾干涉 迈克尔逊干涉仪中等倾干涉出现的光路如图1所示，等倾干涉的前提是M1与M2’严格平行，这样在扩展光源的照射下，我们看到的干涉图形中的每条圆环状干涉条纹对应的人射光线有相同的人射倾角，即同一条干涉条纹人射光有相同的人射倾角的干涉现象叫等倾干涉。等倾干涉的条件是非常严格的，是迈克尔逊干涉仪产生的干涉现象中的一种极端情况。 怎样调节等倾干涉的现象 大多数情况下M1与M2’形成的空气薄层厚度d远大于人射光波长，这时我们看到的干涉条纹是圆形的。如果M1与M2’不严格平行，当我们的眼睛上下或左右移动时我们看到的干涉圆环大小发生变化，还会有干涉条纹“冒出”或“缩进”现象。这是由于眼睛移动时我们看到的地方空气薄层厚度d发生了变化引起的。为了使M1与M2’严格平行，调节M2的竖直和水平拉簧，同时眼睛上下左右移动，当看到的条纹大小不发生变化时，说明空气薄层厚度d不再随我们的眼睛移动而变化。亦即M1与M2’严格平行。这时看到的条纹为等倾干涉条纹。有好多实验讲义要求学生利用等倾干涉条纹测量单色光波长入，即移动M1改变空气薄层厚度d，数出“产生”或“缩进”条纹个数N，则:波长=2（d2-d1）/N也有的讲义要求利用等倾干涉条纹测量钠黄光的波长差. 等倾干涉实验时出现的问题 在上述移动M1的过程中.做实验的同学经常提出M1与M2’不平行了，因为他们移动M1时发现自己眼睛的移动又看到干涉圆条纹大小发生变化，根据等倾干涉的判断方法很容易得出所看到条纹不是等倾干涉条纹，因而对自己的测量数据产生怀疑。的确，当我们一移动M1,M1与M2’就不再严格平行了，看到的干涉条纹也不再是等倾干涉条纹。等倾干涉的条件非常苛刻，M1移动时很难保证其方向严格不变，因而也保证不了干涉条纹的等倾性。所以这里建议不提用等倾干涉条纹测单色波长，而提用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长或测量钠黄光波长差就不会引起混乱了. 等厚干涉现象 从理论上分析，等厚干涉条纹是由空气薄层厚度相同的地方所产生的反射光形成的；在迈克尔逊干涉仪实验中，出现的等厚干涉条纹呈直线。但大多数实验讲义叙述不够严谨。一般讲义叙述，当M1与M2’之间有微小夹角a时，形成楔形空气薄层，产生的干涉条纹为等厚干涉条纹。实验时，对于一发光面，考虑不同的发光点在某点的入射角不同，每一发光点都产生自己的1组等厚干涉条纹（各组条纹不相干），总的干涉条纹取决于光强的直接迭加，出现的干涉条纹却存在几种可能性：干涉条纹为曲线、直线或圆环状。同一条曲线（或圆环状）干涉条纹上的各点对应的M1与M2’之间楔形空气层厚度已经不同，不是等厚干涉条纹。据等厚干涉的定义分析：M1与M2’之间有微小夹角a，光束1和光束2的光程差为2dcos i，i为光束2的折射光与M2’的法线的夹角，d为空气薄膜厚度. 当d很小（ d=0 或波长的线度）,cos i对光程差无影响（或可忽略），同一干涉条纹对应相同的薄膜厚度，是等厚干涉。如迈克尔逊干涉仪上的白光干涉便是等厚干涉。 图2 等厚干涉光路图 定域干涉条纹和非定域干涉条纹判定 非定域干涉条纹产生的条件 单色点光源S发出的光经M1与M2’反射后在E处发生的干涉（见图3），相当于2个相距2d的虚光源S1,S2’发出的光的干涉