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.docIT-Pl、P2
实验40用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长
、实验目的
1•了解迈克尔逊干涉仪的结构及调整方法，并用它测光波波长
2•通过实验观察等倾干涉现象
二、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 M!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 x 10-4mm。可估读到10-5mm。Mi、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。
粗调手轮；
劑度盘；
■1—丝秤啮合礬阳；
左米甜圧尺：
堂杆；
导轨：
0-丝杆顶进螺帽； A调平嵐辔；
-那黑豔邕；
tUsbWn :
WJ5F ；
愼剜0调：
]1— M :
Ik價度谡调； 帀一倾JS槪调；
图一
三、实验原理
1•仪器基本原理
迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图二所示。 M「M2是一对精密磨光的平面反射镜。 P「 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Pi看去时，除直接看到M2外还看到 Mi的像M』。于是(1 )、(2)两束光如同从 M2与Mf反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中 所产生的干涉和 Mi'7M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。
2•干涉条纹的图样
本实验用He-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Mi、M2反射后，相当于由两个点光源 Si,和S2/发出的相干光束。S，是S的等效光 源，是经半反射面 A所成的虚像。Si'是S'经Mi'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Mi'严格平行，且把观察屏放在垂直于 Si'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 Si' S2'轴线与屏的交点 Po处，从图四可以看出 Po处
的光程差△ L=2d，屏上其它任意点 P'或P〃的光程差近似为
L= 2d cos ' (i)
式中「为S2'射到P〃点的光线与 M2法线之间的夹角。当 2d cos二k，时，为明纹；当 2d cos「=(2k i) ■ /2 时，为暗纹。
由图四可以看出，以 Po为圆心的圆环是从虚光源发