1、用邁克爾遜干涉儀測量光波的波長 邁克爾遜干涉儀是1883年美國物理學家邁克爾遜和莫雷合作設計出來的精密光學儀器，邁克爾遜干涉儀在物理學發展史上具有重要地位，在近代物理和計量技術中也有著廣泛的應用。例如，可用它來測量光波的波長、微小長度、光源的相干長度等等。本實驗用邁克爾遜干涉儀測量光波的波長。一、實驗目的1. 掌握邁克爾遜干涉儀的原理、結構和調整使用方法。2. 理解等傾干涉的原理，觀察等傾干涉條紋的特點。3. 用邁克爾遜干涉儀測定HeNe激光的波長。二、實驗儀器邁克爾遜干涉儀、HeNe激光器、七條光纖合成的分光器。三、實驗原理邁克爾遜干涉儀是用分振幅法使一束光分成兩束光以實現干涉的儀器，其光路

2、如圖4-16-1所示。其中S為單色光源，G1、G2為平行平面玻璃板，M1、M2為互相垂直的平面鏡。G1、G2與M1、M2均成45°角。 從單色光源S發出（若用激光則激光束經透鏡L擴展后）的光，射到45°傾斜的平行平面玻璃板G1上。該板的后表面鍍有一層半反射膜，光束在平行平面玻璃板G1的半反射面上被分成反射光束（1）和透射光束（2）。光束（1）向上反射至全反射鏡M1；另一光束（2）透過G1，所以G1又稱為干涉儀的分光板。光束（1）經M1反射回來再穿過G1，光束（2）經過G2投向平面全反射鏡M2，經M2反射后再透過G2，在G1的半反射膜處反射。兩光束分別經M1、M2反射后，再由

3、分光板G1會集成束。 仔細調節M1和M2，可在E處（毛玻璃屏上）觀察到 圖4-16-1 邁克爾遜干涉儀光路圖干涉條紋。G2為一補償板，其材料和厚度與G1相同。補償板G2的作用是補償光束（2）在G1板中往返兩次所多走的光程，使光束（1）和光束（2）在玻璃中的光程完全相等。于是，光束（1）和光束（2）這兩束相干光在空間相遇（在E處）后會產生干涉，通過望遠鏡或人眼可以觀察到干涉條紋。四、儀器結構邁克爾遜干涉儀的結構如圖4-16-2所示。一個機械臺面4固定在鑄鐵底座2上，底座上有三個調節螺釘1，用以調節臺面水平。載物臺面上裝有螺距為1mm的精密絲杠3，絲杠的一端與齒輪系統12相連接，轉動手輪13或微動

4、鼓輪15可使絲杠轉動，從而使騎在絲杠上的反射鏡M1沿導軌5移動。M1的位置及移動的距離可以從裝在臺面4一側的毫米刻度標尺上讀出其整數部分，而從讀數窗口11及微動鼓輪15上讀出其小數部分。手輪13上分100個小格，每轉動一小格，M1就平移mm。微動鼓輪15每轉動一周，手輪13就轉動一小格。微動鼓輪又分為100小格，因此，微動鼓輪轉動一小格， 圖4-16-2 邁克爾遜干涉儀結構圖M1就平移104mm的距離，在加上估計一位， 1調節螺釘；2底座；3絲杠；4臺面； 最小讀數就可讀到105mm。全反射鏡M2固定 5導軌； 6反射鏡M1； 7反射鏡微調螺釘；在鏡臺上。M1 、的后面各有三個螺釘7，可 8反

5、射鏡M2；9分光板；10補償板；用來調節鏡面的傾斜度。M2鏡臺下面還有一個 11讀數窗口；12齒輪系統；13手輪；水平方向的微調螺釘14和一個垂直方向的微調 14水平微調螺釘；15微動鼓輪；16垂直螺釘16，其松緊可使M2鏡產生一個極小的形變。 微調螺釘。9和10分別為分光板G1和補償板G2，G1的內表面為鍍有銀的半反射面。五、實驗步驟1. 轉動粗動輪（即手輪），使水平導軌的位置在35mm附近。2. 取下觀察屏，沿垂直于觀察屏的方向看過去將有兩行平行的亮點，每行各有四個亮點，亮度各不相同。分別調整兩個平面鏡后面的三個螺釘，使兩行亮點完全重合，注意亮度要一一對應重合。這時，放回觀察屏，在屏上會有

6、很密的圓環狀干涉條紋出現。3. 如果條紋太密，可以轉動粗動輪使干涉條紋變疏（如果發現條紋變密，則反方向轉動）。4. 往讀數增大的方向轉動微動輪，直到干涉條紋（圓環）開始從中心冒出來。然后，調整粗動輪和微動鼓輪的刻度。先往讀數增大的方向轉動微動鼓輪，使微動鼓輪的讀數為零；再往讀數增大的方向轉動粗動輪，使粗動輪的讀數為整數。注意，調整過程只能始終往一個方向轉動微動鼓輪和粗動輪。5. 將水平軌道（只讀出整數部分）、粗動輪（只讀出整數部分）和微動鼓輪（讀出整數部分并估讀一位）的讀數加起來作為起點位置d0，然后往增大的方向轉動微動鼓輪，每變化50個圓環，記錄水平軌道（只讀出整數部分）、粗動輪（只讀出整數部分）和微動鼓輪（讀出整數部分并估讀一位）的讀數并加起來，作為第50環的位置。如此重復，一直到第400個圓環。6. 計算每冒出N=200個條紋時所對應的平均值。根據干涉理論，可以知道波長與N、的關系為，據此求出波長的平均值與標準偏差。7. 由標準波長值nm計算測量結果的相對誤差與絕對誤差。表4-16-1 測量光波波長數據表讀數位置/mm起點第50環第100環第150環第200環第250環第300環第350環第400環測量結果：nm