大学物理实验教材.pdfVIP

3.20迈克尔逊干涉仪的调整和使用

【实验简介】

迈克尔逊干涉仪是根据光的干涉原理制成的一种精密仪器,它在近代理学的发展和近

代计量技术中有着重要的影响。19世纪末，迈克尔逊与其合作者曾用此仪器完成了著名的

迈克尔逊-莫雷“以太漂移”实验、标定米尺长度及推断光谱精细结构等三项著名的实验。

第一项实验否定了“以太”的存在，并为爱因斯坦发现相对论提供了实验依据；第二项工作

实现了长度单位的标准化，对近代计量技术的发展做出了重要贡献；第三项工作根据干涉条

纹可见度随光程差变化的规律，推断出了光谱线的精细结构，迈克尔逊因在这方面的杰出成

就获得了1907年诺贝尔理学奖。

迈干仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性，根据迈干仪基本原理

发展的精密干涉测量仪器已经广泛应用于生产和科研领域。因此，了解它的基本结构，掌握

其使用方法很有必要。

【实验目的】

1.了解迈克尔逊干涉仪的结构、工作原理及调节方法。

2.观察非定域干涉、等倾、等厚干涉现象，了解其特点。

3.学会用迈克尔逊干涉仪测量激光波长及钠光双线的波长差。

【预习思考题】

1.非定域干涉、等倾、等厚干涉条纹形成的条件是什么？实验中如何观察到这些干涉

条纹？

2.怎样利用非定域干涉圆条纹的变化测量光波的波长？

3.怎样利用干涉条纹可见度的变化测量双线结构光波的波长差？

【实验仪器】

迈克耳逊干涉仪，扩束镜，He-Ne激光器，钠光灯。

【实验原理】

1.迈克耳逊干涉仪的结构及工作原理

a（）b（）

图3.20.1

迈克尔逊干涉仪光路如图3.20.1b（）,光源s发出的光入射到后表面镀有半反射膜的

分光板上，光在半反射膜处被分为强度近似相等的两束光（1）利2（）,它们分别经过反

射镜A7】，反射后到达七区，形成干涉条纹。

G2为补偿板，其理性能与几何形状均与分光板a相同，且Gz〃G,,它的作用是

保证（1）、2（）两束光在玻璃中的光程完全相等。反射镜2是固定的，可在精密导轨

上前后移动，以改变（1）、（2）两束光的光程差。

反射镜A/2分别装在相互垂直的两个臂上，加2位置固定称（为定镜），例|安装

在滑块上，通过转动粗调手轮、微调手轮可使其沿臂长方向移动（称为动镜）；Al2的

方位可通过其后面的三个螺钉来调节，AZ?的下方还有两个互相垂直的拉簧螺丝用以微调其

方位。

位置由导轨边主尺、粗调手轮上方读数窗口及微调手轮读出，其读数原理与千分尺

读数原理相同。粗调手轮转动•周，沿导轨方向移动1机机，手轮上有100个刻度，因

此粗调手轮每转动一个小刻度相当于动镜沿臂长方向移动0.01mm；微调手轮转动一周，

粗调手轮转动一个刻度，微调手轮上也有100个刻度，因此微调手轮转动一个刻度，相当于

动镜移动了0.0001加机，加上估读的一位，可读到0.00001加切。

2.干涉条纹的图样

图3.20.1(b)中，M；是A/?由G］反射所成的虚像，研究干涉图样时，相当于知2和“I

之间的空气“薄膜”所产生的干涉图样。

2.1点光源产生的非定域干涉条纹及光源波长的测量

用凸透镜会聚后的激光束可以看作点光源。点光源s经A/2反射后所成虚像邑、

相当于两个相干点光源，它们发出的球面波在相遇的空间发生干涉，形成非定域干涉条

纹。若将观察屏放在不同的位置，则可看到圆、椭圆、双曲线、直线状的干涉条纹。当观察

屏垂直于S［、S2的连线放置时，屏上呈现一组同心圆环，圆心在$|、S2连线与观察屏交点

O处。