实验40+用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长.doc

实验40用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长1、,、实验仪器氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪(250nm)、透镜、毛玻璃等。迈克尔逊干涉仪外形如图一所示。其中反射镜M1是固定的,M2可以在导轨上前后移动,以改变光程差。反射镜M2的移动采用蜗轮蜗杆传动系统,转动粗调手轮(2)可以实现粗调。M2移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺(5)上读得。通过读数窗口,在刻度盘(3);转动微调手轮(1)可实现微调,微调手轮的分度值为1×10-4mm。可估读到10-5mm。M1、M2背面各有3个螺钉可以用来粗调M1和M2的倾度,倾度的微调是通过调节水平微调(15)和竖直微调螺丝(16)来实现的。图一                  图二3、。M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜。P1、P2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板,与M1、M2均成45°角。P1的一个表面镀有半反半透膜,使射到其上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光;P1称为分光板。当光照到P1上时,在半透膜上分成相互垂直的两束光,透射光(1)射到M1,经M1反射后,透过P2,在P1的半透膜上反射后射向E;反射光(2)射到M2,经M2反射后,透过P1射向E。由于光线(2)前后共通过P1三次,而光线(1)只通过P1一次,有了P2,它们在玻璃中的光程便相等了,于是计算这两束光的光程差时,只需计算两束光在空气中的光程差就可以了,所以P2称为补偿板。当观察者从E处向P1看去时,除直接看到M2外还看到M1的像M1ˊ。于是(1)、(2)两束光如同从M2与M1ˊ反射来的,因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1′~M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。-Ne激光器作为光源(见图三),激光S射向迈克尔逊干涉仪,点光源经平面镜M1、M2反射后,相当于由两个点光源S1ˊ和S2ˊ发出的相干光束。Sˊ是S的等效光源,是经半反射面A所成的虚像。S1′是S′经M1′所成的虚像。S2′是S′经M2所成的虚像。由图三可知,只要观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内,都能看到干涉现象。如果M2与M1′严格平行,且把观察屏放在垂直于S1′和S2′的连线上,就能看到一组明暗相间的同心圆干涉环,其圆心位于S1′S2′轴线与屏的交点P0处,从图四可以看出P0处的光程差ΔL=2d,屏上其它任意点P′或P″的光程差近似为(1)式中为S2′射到P″点的光线与M2法线之间的夹角。当时,为明纹;当时,为暗纹。由图四可以看出,以P0为圆心的圆环是从虚光源发出的倾角相同的光线干涉的结果,因此,称为“等倾干涉条纹”。=0时光程差最大,即圆心P0处干涉环级次最高,越向边缘级次越低。当d增加时,干涉环中心级次将增高,条纹沿半径向外移动,即可看到干涉环从中心“冒”出;反之当d减小,干涉环向中心“缩”进去。图三              图四由明纹条件可知,当干涉环中心为明纹时,ΔL=2d=kλ。此时若移动M2(改变d),环心处条纹的级次相应改变,当d每改变λ/2距离,环心就冒出或缩进一条环纹。若M2移动距离为Δd,相应冒出或缩进的干涉环条纹数为N,则有即