实验65 迈克尔逊干涉仪的原理与使用.pdf

实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用 一．实验目的 （1）.了解迈克尔逊干涉仪的基本构造，学习其调节和使用方法。 （2 ）.观察各种干涉条纹，加深对薄膜干涉原理的理解。 （3 ）.学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。 二．实验原理 1.迈克尔逊干涉仪光路 如图所示，从光源S 发出的光线经半射镜 的反射和透射后分为两束光线，一束向上 一束向右，向上的光线又经M1 反射回来， 向右的光线经补偿板后被反射镜M2 反射回 来 在半反射镜处被再次反射向下，最后两束光线在 观察屏上相遇，产生干涉。 2.干涉条纹 （1）.点光源照射——非定域干涉 如图所示，为非定域干涉的原理图。点S1 是光源 相对于M1 的虚像，点S2’是光源相对于M2 所成 的虚像。则S1、S2`所发出的光线会在观察屏上形 成干涉。 当M1 和M2 相互垂直时，有S1 各S2`到点A 的 光程差可近似为： L 2d cos i ① 当A 点的光程差满足下式时 L 2d cos i k ② A 点为第k 级亮条纹。 由公式②知当i 增大时cosi 减小，则k 也减小，即条纹级数变高，所以中心的干涉条纹 的级次是最高的 （2 ）扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃，则形成扩展光源，此时形 成的干涉为定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。 ①．M1 与M2 严格垂直时，这时由于d 是恒定的，条纹只与入射角i 在关，故是等倾 干涉 ②．M1 与 M2 并不严格垂直时，即有一微小夹角，这种干涉为等厚干涉。当 M1 与 M2 夹角很小，且入射角也很小时，光程差可近似为 2 L  2d cos i 2d (1−sin 2 i 2)  2d (1−i 2 ) ③ 在M1 与M2` 的相交处，d ＝0 ，应出现直线条纹，称中央条纹。 3.定量测量 （1）.长度及波长的测量 由公式②可知，在圆心处i= 00 , cosi=1,这时 L 2d k ④ 从数量上看如d 减小或增大N 个半波长时，光程差 就减小或增大N 个整波长，对 L 1  应就有N 条条纹缩进中心或冒出。即d N 2 这时数出N 的数，就可求得 。反之，如果测出 ，并数出条纹变化数N ，就可测出光 d d 源的波长。 （2 ）.两谱线精细结构的测量 形成暗条纹的条件是  2d cos i (2k +1) ⑤ 2 如果光源为非单色光，而是含有两个相邻的波长 、 ，且 ，则两种波长的 1 2 1 2 光形成的干涉条纹位置不同。当移动平面镜M1 与M2` 间距为d1 时，会出现波长 的k1 1 级明条纹与波长 级暗条纹位置重合，这时条纹的对比度最小，有 2 1 2