用邁克爾遜干涉儀測(cè)量光波的波長(zhǎng)

1、用邁克爾遜干涉儀測(cè)量光波的波長(zhǎng)物理思想 邁克爾遜干涉儀基于一種最典型的分振幅雙邁克爾遜干涉儀基于一種最典型的分振幅雙光束干涉原理，尤其光路決定，可靈活實(shí)現(xiàn)光束干涉原理，尤其光路決定，可靈活實(shí)現(xiàn)分振幅等傾干涉和等厚干涉，利用等傾干涉分振幅等傾干涉和等厚干涉，利用等傾干涉圖樣，改變等效平行薄膜厚度，會(huì)使干涉圖圖樣，改變等效平行薄膜厚度，會(huì)使干涉圖樣中心將不斷發(fā)生冒出或縮進(jìn)圓環(huán)的現(xiàn)象，樣中心將不斷發(fā)生冒出或縮進(jìn)圓環(huán)的現(xiàn)象，定量記錄冒出或縮進(jìn)圓環(huán)的數(shù)目，即可測(cè)定定量記錄冒出或縮進(jìn)圓環(huán)的數(shù)目，即可測(cè)定入射光的波長(zhǎng)。入射光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造及設(shè)計(jì)原理，掌握調(diào)節(jié)方法。了解邁克爾遜干涉

2、儀的構(gòu)造及設(shè)計(jì)原理，掌握調(diào)節(jié)方法。 利用點(diǎn)光源產(chǎn)生的同心圓干涉條紋測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。利用點(diǎn)光源產(chǎn)生的同心圓干涉條紋測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器 WSM-100型邁克爾遜干涉儀、型邁克爾遜干涉儀、HN-Q型激光器、擴(kuò)束透鏡。型激光器、擴(kuò)束透鏡。 實(shí)驗(yàn)原理 邁克爾遜干涉儀的光路邁克爾遜干涉儀的光路和結(jié)構(gòu)如圖和結(jié)構(gòu)如圖1 1與與2 2所示。所示。M M1 1、M M2 2是一對(duì)精密磨光是一對(duì)精密磨光的平面反射鏡，的平面反射鏡，M M1 1的位的位置是固定的，置是固定的，M M2 2可沿導(dǎo)可沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)。軌前后移動(dòng)。G G1 1、G G2 2是是厚度和折射率都完全相厚度和折射率都完全相同的一對(duì)

3、平行玻璃板，同的一對(duì)平行玻璃板，與與M M1 1、M M2 2均成均成4545角。角。G G1 1的一個(gè)表面鍍有半反射的一個(gè)表面鍍有半反射、半透射膜、半透射膜A A，使射到其，使射到其上的光線(xiàn)分為光強(qiáng)度差上的光線(xiàn)分為光強(qiáng)度差不多相等的反射光和透不多相等的反射光和透射光；射光；G G1 1稱(chēng)為分光板。稱(chēng)為分光板。 圖圖1 邁克爾遜干涉儀光路圖邁克爾遜干涉儀光路圖 當(dāng)光照到當(dāng)光照到G G1 1上時(shí)，在半透膜上分成相互垂直的兩束光，透上時(shí)，在半透膜上分成相互垂直的兩束光，透射光（射光（1 1）射到）射到M M1 1，經(jīng)，經(jīng)M M1 1反射后，透過(guò)反射后，透過(guò)G G2 2，在，在G G1 1的半透膜上

4、的半透膜上反射后射向反射后射向E E；反射光（；反射光（2 2）射到）射到M M2 2，經(jīng)，經(jīng)M M2 2反射后，透過(guò)反射后，透過(guò)G G1 1射向射向E E。由于光線(xiàn)（。由于光線(xiàn)（2 2）前后共通過(guò)）前后共通過(guò)G G1 1三次，而光線(xiàn)（三次，而光線(xiàn)（1 1）只通過(guò)只通過(guò)G G1 1一次，有了一次，有了G G2 2，它們?cè)诓Ａе械墓獬瘫阆嗟攘?，它們?cè)诓Ａе械墓獬瘫阆嗟攘?，于是?jì)算這兩束光的光程差時(shí)，只需計(jì)算兩束光在空氣中于是計(jì)算這兩束光的光程差時(shí)，只需計(jì)算兩束光在空氣中的光程差就可以了，所以的光程差就可以了，所以G G2 2稱(chēng)為補(bǔ)償板。當(dāng)觀察者從稱(chēng)為補(bǔ)償板。當(dāng)觀察者從E E處處向向G G1 1看

5、去時(shí)，除直接看到看去時(shí)，除直接看到M M2 2外還看到外還看到M M1 1的像的像M M1 1。于是（。于是（1 1）、（）、（2 2）兩束光如同從）兩束光如同從M M2 2與與M M1 1反射來(lái)的，因此邁克爾遜反射來(lái)的，因此邁克爾遜干涉儀中所產(chǎn)生的干涉和干涉儀中所產(chǎn)生的干涉和M M1 1 M M2 2間間“形成形成”的空氣薄膜的的空氣薄膜的干涉等效干涉等效。1 微調(diào)手輪； 2 粗調(diào)手輪； 3 刻度盤(pán)；4 絲桿嚙合螺母； 5 毫米刻度尺； 6 絲桿；7 導(dǎo)軌；8 絲桿頂進(jìn)螺帽； 9 調(diào)平螺絲； 10鎖緊螺絲； 11可動(dòng)鏡M2； 12觀察屏； 13傾度粗調(diào)； 14固定鏡M1； 15傾度微調(diào)； 1

6、6傾度微調(diào)； 17G1、G2圖圖2 邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)圖邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)圖單色光波長(zhǎng)的測(cè)量當(dāng)M2M1時(shí)，即M2平行于M1,若光以同一傾角入射在M2和M1上，射后形成兩束相互平行的相干光，其光程差為：cos2dkd 2 d固定時(shí)，可看出傾角相同方向上兩相干光光程差均相等。具有相等的各方向光束形成一圓錐面，因此在無(wú)窮遠(yuǎn)處形成等傾干涉條紋呈圓環(huán)形，這是眼睛對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)調(diào)焦就可以看到一系列同心圓。越小，干涉圓環(huán)直徑越小，它的級(jí)次k越高.圓心處=0，cos值最大，這時(shí)有所以圓心處級(jí)次最高。當(dāng)使d增加時(shí)，圓心的干涉級(jí)次越來(lái)越高，就看到圓環(huán)一個(gè)一個(gè)從中心冒出來(lái)；反之，就看到圓環(huán)一個(gè)一個(gè)從中心縮進(jìn)去；每當(dāng)d增加

7、或減少/2,就會(huì)冒出或縮進(jìn)一個(gè)圓環(huán)。因此，若測(cè)出移動(dòng)的距離 d和冒出（或縮進(jìn)）圓環(huán)數(shù)N，就可以求出波長(zhǎng)為 。 Nd2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.調(diào)節(jié)儀器調(diào)節(jié)儀器（1）打開(kāi)激光器，粗略調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀與激光器大致處于同一水平高度，讓激光束通過(guò)分光板和補(bǔ)償板中心垂直入射到平面鏡M2的中心（目測(cè)）。（2）將平面鏡M1和M2背后的輕度至于松緊合適的中間位置（留有可調(diào)余地）。（3）轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，盡量使M1、M2同分光斑的距離相等（目測(cè)）。（4）遮住M1，調(diào)節(jié)M2背后的傾度粗調(diào)螺釘，使其反射的光點(diǎn)正好射回激光器的發(fā)射孔中。（5）遮住M2，調(diào)節(jié)M1背后的傾度粗調(diào)螺釘，使M1反射的三個(gè)光點(diǎn)中間的一個(gè)（最亮）回到激光器的發(fā)

8、射孔中，此時(shí)達(dá)到了粗調(diào)的要求。（6）將擴(kuò)束透鏡放置在激光器與分光板之間的適當(dāng)位置，讓透射光照射到分光板上，再觀察屏E的背面就可以觀察到等傾干涉圓環(huán)條紋，這時(shí)的條紋可能不夠圓或者中心便宜，再微調(diào)M2的輕度微調(diào)螺絲，使條紋變圓且居中，此時(shí) ，以滿(mǎn)足M2M1的要求。2 測(cè)量由測(cè)量波長(zhǎng)關(guān)系式可知，是一定值，平移M1來(lái)改變d，觀察等傾圓環(huán)條紋的變化規(guī)律并記錄。每冒出或縮進(jìn)50個(gè)圓環(huán)（中央亮斑最大）記錄一次M1鏡的位置，連續(xù)測(cè)9次，用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。注意事項(xiàng)（1）切勿用眼睛直視激光。（2）切勿用手觸摸各種鏡的光學(xué)表面。（3）精密絲桿及導(dǎo)軌精度很高，受損會(huì)影響儀器精度，操作時(shí)動(dòng)作要慢，嚴(yán)禁粗魯、急躁。（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)，要避免引入空程誤差，記錄M1鏡再個(gè)位置的讀數(shù)時(shí)，微動(dòng)手輪應(yīng)單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)據(jù)及處理?xiàng)l紋的吞吐