實驗三 用邁克耳遜干涉儀測波長實驗講義2

1、實驗三邁克爾遜干涉儀測波長一、實驗目的1、鞏固邁克耳遜干涉儀的調節(jié)和使用方法；2、應用邁克耳遜干涉儀測定氦氖激光器的波長。二、實驗儀器邁克耳遜干涉儀、氦氖激光器、擴束鏡、升降臺等。三、實驗原理1、邁克爾遜干涉儀的原理-L k必一虬圖1邁克爾遜干涉儀原理圖邁克爾遜干涉儀的工作原理如圖1所示，其中P1的第二面上涂有半反半透膜，能夠將 入射光分成振幅幾乎相等的反射光1、透射光2，所以與稱為分光板（又稱為分光鏡）。1 光經(jīng)M1反射后由原路返回再次穿過分光板P1后成為1光，到達觀察點E處；2光被M2 反射后按原路返回，在P1的第二面上形成2光，也被返回到觀察點E處。由于1光在到達 E處之前穿過P1三次，

2、而2光在到達E處之前穿過P1 一次，為了補償1、2兩光的光程差， 便在M2所在的臂上再放一個與P1的厚度、折射率嚴格相同的P2平面玻璃板，滿足了 1、 2兩光在到達E處時無光程差，所以稱P2為補償板。由于1、2光均來自同一光源S，所 以兩光是相干光。M2通過P1的第二面，在M1的附近（上部或下部）形成一個平行于M1 的虛像M2，因而，在邁克爾遜干涉儀中，自MM2的反射相當于自M、M2的反射。 也就是，在邁克爾遜干涉儀中產(chǎn)生的干涉相當于厚度為d的空氣薄膜所產(chǎn)生的干涉。2、等傾干涉原理I心w偵I 炊件I如圖2所示，波長為入的光束y經(jīng)間隔為d的上下兩平面M2和M反射，反射后的 光束分別為y1和y2。

3、設y1經(jīng)過的光程為1，y2經(jīng)過的光程為l+A即為這兩束光的光程 差(A廣AB + BD)，如果入射角為。，則= 2dcosO，當 =2dcos0 = kA 時，為亮紋A =2d cos0 =(2k +1)A /2 時，為暗紋(1)其中k為整數(shù)，稱干涉級序數(shù)，與某條干涉條紋對應.當m2、M上下表面平行時，可以觀察到明暗相間的圓形條紋，這種干涉叫等傾干涉。 M2鏡每移動(增加或減少)A /2距離，視場中心就“吐出”一個環(huán)紋或“吞進”一個環(huán)紋。 視場中干涉條紋變化或移過的數(shù)目N與M2移動距離乙d間的關系是：d = N X TOC o 1-5 h z 2(2)上式表明，已知M2移動的距離Ad，并記錄在

4、實驗時只要數(shù)出“涌出”或“陷入”的條紋 個數(shù)N，就可確定光的波長。2Ad人=N(3)四、實驗內容及步驟儀器的調整點亮氦氖激光器，取下擴束鏡，使激光束經(jīng)分光板P1分束，由M、M2反射后， 照射在E處的與光路垂直放置的觀察屏(毛玻璃)上，即呈現(xiàn)兩組分立的光斑。調節(jié)M、M2兩鏡后面的螺絲，以改變MM2鏡面的方位，使屏上兩組光點完全 重復。裝上擴束鏡，屏上即可出現(xiàn)干涉條紋。（4）緩慢細心地調節(jié)M1鏡旁的微調螺旋，使條紋成同心圓環(huán)干涉圖樣。2.測He-Ne激光的波長（1）慢慢地轉動微動手輪，可以在毛玻璃屏上看到中心條紋向外一個個冒出（或縮入中 心）。（2）開始計數(shù)前，記錄M2鏡的位置讀數(shù)號。（3）繼續(xù)轉

5、微動手輪（必要時也可旋動粗調手輪，但必須同向轉動），數(shù)到條紋向外 冒出50個時（或向中心縮入），停止轉動，再記錄M2鏡的位置讀數(shù)d2。重復上述測量六次，將全部數(shù)據(jù)記于測氦一氖激光波長數(shù)據(jù)表中。五、實驗數(shù)據(jù)及結果1、測氦氖激光波長數(shù)據(jù)表次數(shù)d1 (mm)d2 (mm)d =1 d 2 -叩(mm)X=2Ad/50(A0)1234562、測得He-Ne激光波長平均值： _廠=1/6 X =He-Ne激光波長公認值（或稱標準值）：6328A。3、絕對誤差：人=1公認值-測量值1=1 6328 -兀1=4、相對誤差：相對誤差=|公認值測量值1 x 100% = 公認值六、注意事項不能用手觸摸各光學元件。在調節(jié)和測量過程中，一定要非常細心和耐心，粗動手輪，特別是微動手輪要緩慢、均 勻轉動。為了防止引進螺距差，每次測量必須沿同一方向旋轉手輪（粗動或微動），不得中途倒 退。不能用眼睛直接觀看未擴束的激光束。激光管上有高壓，防止觸電。七、思考題1、怎樣利用干涉條紋的“涌出”和“陷入”來測