1、粗调手轮细调手轮细调手轮读数窗读数窗迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波振幅实现干涉的精密光学仪器。其调振幅实现干涉的精密光学仪器。其调整和使用具有典型性。整和使用具有典型性。 了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理 掌握其调节方法掌握其调节方法 调节观察等倾干涉并测定钠调节观察等倾干涉并测定钠光光双线平均波双线平均波长长 调节观察等厚干涉调节观察等厚干涉【实验目的实验目的】【实验原理实验原理】 相干的条件：相干的条件：1、光的频率相同。、光的频率相同。2、光的传播方向相同。、光的传播方向相同。3、在传播方向上有恒定的位相差。、在传播方
2、向上有恒定的位相差。定域干涉定域干涉 与与 不定域干涉不定域干涉*定域就是某个一定的区域非定域就是空间任何区域 *两个单色相干点源在空间任意一点相遇，总有一确定的光程差，从而产生一定的强度分布，并能观察到清晰的干涉条纹，这种干涉称为不定域干涉不定域干涉 *在扩展光源的情况下，在空间任意一点，由光源上不同点源出发的，到达该点并产生双光束干涉的两支相干光的光程差不同，在光程差变化大于四分之一波长的区域观察不到干涉条纹，小于四分之一波长的区域，尽管采用了扩展光源，仍可观察到清晰干涉条纹这种干涉称为定域干涉。定域干涉。可观察到清晰干涉条纹的区域称为定域区 【实验原理实验原理】 迈克尔逊干涉仪的结构迈克
3、尔逊干涉仪的结构主尺主尺粗动手轮读数窗口粗动手轮读数窗口微动手轮微动手轮最后读数为最后读数为：33.52246mm 读数读数迈克耳迈克耳逊逊干涉仪光路图干涉仪光路图SppL1aba1b1G1G2L2AFa2b2M1M2M 1F迈克尔逊干涉仪原理光路迈克尔逊干涉仪原理光路 M1和和M2是平面反射镜，分别装是平面反射镜，分别装在相互垂直的两臂上，在相互垂直的两臂上，M1固定，固定，M2而可通过精密丝杆沿臂长的而可通过精密丝杆沿臂长的方向移动。方向移动。 G1和和G2是两块完全相同的玻璃是两块完全相同的玻璃板，在板，在G1的后表面上镀有半透明的后表面上镀有半透明的银膜，的银膜，能使入射光分为振幅相能
4、使入射光分为振幅相等的反射光和透射光等的反射光和透射光。 M1和和M2与与G1和和G2成成4545角倾斜角倾斜安装。安装。G2称为补偿板，是为了使称为补偿板，是为了使光束光束2 2也同光束也同光束1 1一样地三次通过一样地三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。差不致过大。M2M1EG2G1S22 11 半透半反膜半透半反膜1M 由于由于G1的反射，使在的反射，使在M2附近形成附近形成M1的一个虚像的一个虚像M1，因此，因此光束光束1 和光束和光束2 的干涉等效于由的干涉等效于由M2和和M1之间空气薄膜产生之间空气薄膜产生的干涉。的干涉。 当调节当调节M1使
5、使M1与与M2相互精确地垂直，在屏幕上可观察到圆相互精确地垂直，在屏幕上可观察到圆形的形的等倾干涉等倾干涉条纹，即两镜之间为薄膜干涉。条纹，即两镜之间为薄膜干涉。等等倾倾干干涉涉条条纹纹1M2M1M2M与与重重 合合1M2M1M2M1M2M 当条纹为等倾条纹时，移动当条纹为等倾条纹时，移动M2 ，相当于改变，相当于改变M2 和和M1之间空气薄膜的厚度，此时干涉条纹会出现之间空气薄膜的厚度，此时干涉条纹会出现条纹条纹“陷入陷入”或或“涌出涌出”的现象。的现象。 “陷入陷入”或或“涌出涌出”的条纹数与移动距离的关系：的条纹数与移动距离的关系： 如果数出如果数出“陷入陷入”或或“涌出涌出”的条纹数，
6、由已知的条纹数，由已知波长波长就可计算出就可计算出d，这就是测量微小距离的原理；，这就是测量微小距离的原理； 反之，由读出的反之，由读出的d 也可测定入射光的波长，这也也可测定入射光的波长，这也是测定单色光波长的一种方法。是测定单色光波长的一种方法。2Nd 如果如果M1与与M2偏离相互垂直的方向，这时就能观偏离相互垂直的方向，这时就能观察到察到等厚干涉等厚干涉条纹，即两镜之间为劈尖干涉。条纹，即两镜之间为劈尖干涉。等等厚厚干干涉涉条条纹纹1M2M1M2M1M2M1M2M1M2M等等厚厚干干涉涉条条纹纹等等倾倾干干涉涉条条纹纹1M2M1M2M1M2M1M2M1M2M与与重重 合合1M2M1M2M
7、1M2M1M2M1M2M等等厚厚干干涉涉条条纹纹等等倾倾干干涉涉条条纹纹【实验操作实验操作】迈克耳逊干涉仪的调节迈克耳逊干涉仪的调节1、粗调：、粗调： 光源与干涉仪光源与干涉仪45度分光板位置对中；度分光板位置对中； 调节反光镜的调节螺丝，让反光镜架的两板架平行；调节反光镜的调节螺丝，让反光镜架的两板架平行； 如果这时反光镜如果这时反光镜M1和和M2明显不垂直，调节水平和垂直拉杆；明显不垂直，调节水平和垂直拉杆； 调节粗调手轮（大转轮），使得分光板的分光面到调节粗调手轮（大转轮），使得分光板的分光面到M1和和M2的距离的距离大致相等（用尺子测量大致相等（用尺子测量,约约7.2-7.8cm），使
8、光程差在钠光相干长度之内。），使光程差在钠光相干长度之内。2 2、细调：、细调： 望远镜放下，用肉眼观察，调节反光镜望远镜放下，用肉眼观察，调节反光镜M1（右手边）的调节螺丝，（右手边）的调节螺丝，让从两反光镜反射的让从两反光镜反射的“十十”字像重合，这时应该能看见部分干涉条纹；字像重合，这时应该能看见部分干涉条纹； 分别分别细调细调M1的两个调节螺丝，让左右方向和上下方向的干涉条纹的两个调节螺丝，让左右方向和上下方向的干涉条纹间距变大，直到出现完整的干涉圆环；间距变大，直到出现完整的干涉圆环； 调节调节M1、M2四个四个螺螺丝及粗调手轮（大转轮），使干涉圆环圆心丝及粗调手轮（大转轮），使干涉
9、圆环圆心条条纹清楚且圆环纹清楚且圆环大小合适。大小合适。 3、微调：、微调： 一边观察等倾干涉条纹，一边一边观察等倾干涉条纹，一边轻微轻微调节调节M1调节螺丝，调节螺丝，使使眼睛上下、左右移动时中心条纹不发生涌出或陷入现眼睛上下、左右移动时中心条纹不发生涌出或陷入现象象为止为止。 4、测量：、测量： 调节细调手轮，观察条纹是如何随光程差变化的；调节细调手轮，观察条纹是如何随光程差变化的； 调节细调手轮，让中心条纹涌出（或陷入）调节细调手轮，让中心条纹涌出（或陷入）50环，读环，读出出M2移动的距离移动的距离d ，计算波长。，计算波长。（注意避免空程差）（注意避免空程差） 原始记录表：原始记录表
10、： 环数（环数（0-300） 位置位置 (mm) d =dn+1-dn (mm) 【实验中需注意的问题实验中需注意的问题】 迈克耳逊干涉仪是精密光学仪器，光学表迈克耳逊干涉仪是精密光学仪器，光学表面不能用手触摸。调节时动作要轻缓。面不能用手触摸。调节时动作要轻缓。 为了消除螺距差为了消除螺距差（空程差），（空程差），调节及测量调节及测量读数时，粗调手轮和微调鼓轮要向同一方读数时，粗调手轮和微调鼓轮要向同一方向转动，中途向转动，中途不得倒退不得倒退。 区分镜面间距区分镜面间距(d)(d) 、光程差、光程差(2d)(2d)和光程差的和光程差的变化变化(2 (2d) d)三个概念，弄清楚它们之间的关
11、三个概念，弄清楚它们之间的关系。系。 【数据处理数据处理】 用用 计算钠光的平均波长计算钠光的平均波长 、用平用平 均误差法或不确定度（方和根公式均误差法或不确定度（方和根公式: : A A为为平均值的标准偏差平均值的标准偏差; ;读数最小刻度为读数最小刻度为0.10.1m,m, 仪仪=0.05=0.05m,m, B=?)B=?)求求d d、再用上式求出、再用上式求出。写出。写出= =标准式，并求与钠标准式，并求与钠光的标准波长光的标准波长589.3nm589.3nm百分比误差。百分比误差。【思考题思考题】 P163 1. 3. 2Nd 下周预习内容下周预习内容声速的测量（重点位相比较法）声速的测量（重点位相比较法）
