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一、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 1 是固定的,M 2 可以在导轨上前后移动, 以改变光程差。反射镜 M 2 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。M 2 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 )上可读到 ;转动微调手轮( 1 )可实现微调,微调手轮的分度值为 1× 10 -4 mm 。可估读到 10 -5 mm 。M 1、M 2 背面各有 3 个螺钉可以用来粗调 M 1和M 2 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 1、M 2 是一对精密磨光的平面反射镜。P 1、 P 2 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板,与 M 1、M 2 均成 45° 角。 P 1 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;P 1 称为分光板。当光照到 P 1 上时,在半透膜上分成相互垂直的两束光,透射光( 1 )射到 M 1 ,经 M 1 反射后,透过 P 2 ,在 P 1 的半透膜上反射后射向 E ;反射光( 2 )射到 M 2 ,经 M 2 反射后,透过P 1 射向 E 。由于光线( 2 )前后共通过 P 1 三次,而光线( 1 )只通过 P 1 一次,有了 P 2,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 P 2 称为补偿板。当观察者从 E 处向 P 1 看去时, 除直接看到M 2 外还看到 M 1 的像 M 1ˊ。于是( 1)、(2 )两束光如同从 M 2与M 1ˊ反射来的,因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和 M 1′~M 2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 M 1、M 2 反射后, 相当于由两个点光源 S 1ˊ和S 2ˊ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。S 1′是S′经M 1′所成的虚像。S 2′是S′经M 2 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 M 2与M 1′严格平行, 且把观察屏放在垂直于 S 1′和S 2′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 S 1′S 2′轴线与屏的交点 P 0处, 从图四可以看出 P 0处的光程差ΔL =2d ,屏上其它任意点 P′或P″的光程差近似为? cos 2dL??(1) 式中?为S 2′射到 P″点的光线与 M 2 法线之间的夹角。当??kd?? cos 2 时,为明纹;当 2/)12( cos 2?????kd 时,为暗纹。由图四可以看出,以 P 0 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