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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
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