1、邁克耳遜干涉儀 利用該儀器可觀察多種干涉條紋，它的調(diào)利用該儀器可觀察多種干涉條紋，它的調(diào)整方法在光學技術(shù)中有一定的代表性。光的干整方法在光學技術(shù)中有一定的代表性。光的干涉是重要的光學現(xiàn)象之一，是光的波動性的重涉是重要的光學現(xiàn)象之一，是光的波動性的重要實驗依據(jù)。兩列頻率相同、振動方向相同和要實驗依據(jù)。兩列頻率相同、振動方向相同和位相差恒定的相干光在空間相交區(qū)域?qū)l(fā)生位相差恒定的相干光在空間相交區(qū)域?qū)l(fā)生相互加強或減弱現(xiàn)象，即光的干涉現(xiàn)象。根據(jù)相互加強或減弱現(xiàn)象，即光的干涉現(xiàn)象。根據(jù)干涉條紋數(shù)目和間距的變化與光程差、波長等干涉條紋數(shù)目和間距的變化與光程差、波長等的關(guān)系式，可以推出微小長度變化的

2、關(guān)系式，可以推出微小長度變化(光波波長數(shù)光波波長數(shù)量級量級)和微小角度變化等，因此干涉現(xiàn)象在照相和微小角度變化等，因此干涉現(xiàn)象在照相技術(shù)、測量技術(shù)、平面角檢測技術(shù)、材料應力技術(shù)、測量技術(shù)、平面角檢測技術(shù)、材料應力及形變研究等領(lǐng)域有著廣泛地應用。及形變研究等領(lǐng)域有著廣泛地應用。1了解邁克爾遜干涉儀的干涉了解邁克爾遜干涉儀的干涉 原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié) 構(gòu)，學習其調(diào)節(jié)方法。構(gòu)，學習其調(diào)節(jié)方法。2測量測量He-Ne激光的波長。激光的波長。3測量鈉黃光雙線的波長差。測量鈉黃光雙線的波長差。返回返回邁克爾遜干涉儀（邁克爾遜干涉儀（WSM-100型），型），He-Ne激光器，激光

3、器，鈉光燈，鈉光燈， 擴束鏡，擴束鏡， 凸透鏡凸透鏡圖圖1 邁克爾遜干涉儀實物圖邁克爾遜干涉儀實物圖 圖圖2 邁克爾遜干涉儀光路圖示意圖邁克爾遜干涉儀光路圖示意圖返回返回 圖中圖中M和和M是是在相互垂直的兩臂上在相互垂直的兩臂上放置的兩個平面反射放置的兩個平面反射鏡，其中鏡，其中M是固定是固定的；的；M由精密絲桿控制，可沿臂由精密絲桿控制，可沿臂軸前、后移動，移動的距離由刻度軸前、后移動，移動的距離由刻度轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤(由粗讀和細讀兩組刻度盤組由粗讀和細讀兩組刻度盤組合而成合而成)讀出。讀出。 在兩臂軸線相交在兩臂軸線相交處，有一與兩軸成處，有一與兩軸成45角的平行平面玻角的平行平面玻璃板璃板G，它

4、的另一個，它的另一個平面上鍍有半透（半反射）的銀平面上鍍有半透（半反射）的銀膜，以便將入射光分成振幅接近膜，以便將入射光分成振幅接近相等的反射光相等的反射光和透射光和透射光，故，故G又稱為又稱為。 G也是平行平也是平行平面玻璃板，與面玻璃板，與G平平行放置，厚度和折行放置，厚度和折射率均與射率均與G相同。相同。由于它補償了光線由于它補償了光線和和因穿越因穿越G次數(shù)不同而產(chǎn)生的光程差，次數(shù)不同而產(chǎn)生的光程差，故稱為故稱為。 用波長為用波長為的單色光照明時，的單色光照明時，邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的環(huán)形等邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的環(huán)形等傾干涉圓條紋的位置取決于相干傾干涉圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差

5、，而由光束間的光程差，而由M和和M反射的兩列相干光波的光程差為反射的兩列相干光波的光程差為 其中其中i為反射光為反射光在平面鏡在平面鏡M上上的入射角。對于第的入射角。對于第k條紋，則有條紋，則有 idLcos2,cos2kidk 2 , 1 , 0k (1)(2) 當當M和和M的間距的間距d逐漸增大逐漸增大時，對任一級干涉條紋，例如時，對任一級干涉條紋，例如k級級，必定是以減少，必定是以減少cosi的值來滿足式的值來滿足式(2)的，故該干涉條紋間距向的，故該干涉條紋間距向i變變大大(cos i值變小值變小)的方向移動，即向的方向移動，即向外擴展。這時，觀察者將看到條紋外擴展。這時，觀察者將看到

6、條紋好像從中心向外好像從中心向外“涌出涌出”，且每當，且每當間距間距d增加增加/2時就有一個條紋涌出時就有一個條紋涌出。反之，當間距由大逐漸變小時，。反之，當間距由大逐漸變小時，最靠近中心的條紋將一個一個地最靠近中心的條紋將一個一個地“陷入陷入”中心，且每陷入一個條紋，中心，且每陷入一個條紋，間距的改變亦為間距的改變亦為/2。 因此，當因此，當M鏡移動時，若有鏡移動時，若有n個條紋陷入中心，則表明個條紋陷入中心，則表明M相對于相對于M移近了移近了反之，若有反之，若有n個條紋從中心涌出個條紋從中心涌出來時，則表明來時，則表明M相對于相對于M移移遠了同樣的距離。遠了同樣的距離。 如果精確地測出如果

7、精確地測出M移動的移動的距離距離d，則可由式，則可由式(3)計算出計算出入入射光波的波長射光波的波長。 (3)2nd 鈉黃光兩條強譜線的波鈉黃光兩條強譜線的波長分別為長分別為589.0 nm和和589.6 nm，移動，移動M，當，當光程差滿足兩列光波光程差滿足兩列光波和和的光程差恰為的光程差恰為的整數(shù)倍的整數(shù)倍，而同時又為，而同時又為的半整數(shù)的半整數(shù)倍，即倍，即 2211)21(kk這時這時光波生成亮環(huán)的地方光波生成亮環(huán)的地方，恰好是，恰好是光波生成暗環(huán)的光波生成暗環(huán)的地方。如果兩列光波的強度地方。如果兩列光波的強度相等，則在此處干涉條紋的相等，則在此處干涉條紋的視見度應為零視見度應為零(即條

8、紋消失即條紋消失)。那么干涉場中相鄰的兩次。那么干涉場中相鄰的兩次視見度為零時，光程差的變視見度為零時，光程差的變化應為化應為: (k為一較大整數(shù)) 21) 1(kkL因此因此 對于視場中心來說，設(shè)對于視場中心來說，設(shè)M鏡在相繼兩鏡在相繼兩次視見度最高（或為零）時移動距離為次視見度最高（或為零）時移動距離為d，則光程差的變化則光程差的變化L應等于應等于2d鈉光波長鈉光波長589.3 nm，如果測出在相繼兩次，如果測出在相繼兩次視見度最小時，視見度最小時，M鏡移動的距離鏡移動的距離d ,就可以就可以由式由式(4)求得鈉黃光雙線的波長差。求得鈉黃光雙線的波長差。 Lk21221LL22121d22

9、（4）返回返回點燃點燃He-Ne激光器，使之與分光板激光器，使之與分光板G等高并且位于沿等高并且位于沿分光板和分光板和M鏡的中心線上，轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，使鏡的中心線上，轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，使M鏡距鏡距分光板分光板G的中心與的中心與M鏡距分光板鏡距分光板G的中心大致相等。的中心大致相等。遮住遮住M2鏡，使激光束經(jīng)分光板鏡，使激光束經(jīng)分光板G射向射向M鏡。調(diào)節(jié)激鏡。調(diào)節(jié)激光器的方向，使由光器的方向，使由M反射回激光器的光，能射在光束出反射回激光器的光，能射在光束出發(fā)點（也可以通過觀察置于激光器出射孔附近的小孔屏上發(fā)點（也可以通過觀察置于激光器出射孔附近的小孔屏上反射點的分布來調(diào)節(jié)。因為玻璃板的每個平行界面都

10、有反反射點的分布來調(diào)節(jié)。因為玻璃板的每個平行界面都有反射，故光點不止一個。但射，故光點不止一個。但M是高反射的。所以，它反射是高反射的。所以，它反射的光點光強最強）。的光點光強最強）。去掉遮住去掉遮住M的物體，在的物體，在E處放置毛玻璃屏。這時可看處放置毛玻璃屏。這時可看到兩排光點。調(diào)節(jié)到兩排光點。調(diào)節(jié)M2背后的三個螺釘，使兩排光點中最背后的三個螺釘，使兩排光點中最強的光點完全重合，則強的光點完全重合，則M1與與M2大致相互垂直了。大致相互垂直了。在在He-Ne激光器前放置一擴束鏡（短焦距凸透鏡）激光器前放置一擴束鏡（短焦距凸透鏡）形成點光源的發(fā)射光束，在形成點光源的發(fā)射光束，在E屏上可看到干

11、涉條紋。屏上可看到干涉條紋。謹慎調(diào)節(jié)謹慎調(diào)節(jié)M2背后的三個螺釘，使條紋變寬，趨向背后的三個螺釘，使條紋變寬，趨向圓形。圓形。再仔細調(diào)節(jié)再仔細調(diào)節(jié)M鏡的兩個拉簧螺絲，直到把干涉環(huán)鏡的兩個拉簧螺絲，直到把干涉環(huán)中心調(diào)到視場中央。中心調(diào)到視場中央。將微調(diào)手輪沿相同方向旋轉(zhuǎn)手輪及鼓輪調(diào)好零點。將微調(diào)手輪沿相同方向旋轉(zhuǎn)手輪及鼓輪調(diào)好零點。始終沿原調(diào)零方向，細心轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，直到干涉始終沿原調(diào)零方向，細心轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，直到干涉環(huán)發(fā)生環(huán)發(fā)生“涌出涌出”或或“陷入陷入”現(xiàn)象，觀察并記錄每現(xiàn)象，觀察并記錄每“涌涌出出”或或“陷入陷入”50個干涉環(huán)時，個干涉環(huán)時，M2鏡的位置，連續(xù)鏡的位置，連續(xù)記錄記錄8次。然后

12、用逐差法根據(jù)公式次。然后用逐差法根據(jù)公式(3)求出激光波長。求出激光波長。并與公認值并與公認值6.32810-7m比較。比較。以鈉光燈為光源調(diào)出等傾干涉條紋。拿走以鈉光燈為光源調(diào)出等傾干涉條紋。拿走毛玻璃屏，直接用眼睛在毛玻璃屏，直接用眼睛在E處向處向M觀察。觀察。移動移動M鏡，使視場中心的視見度最小，鏡，使視場中心的視見度最小，記錄記錄M鏡的位置；沿原方向繼續(xù)移動鏡的位置；沿原方向繼續(xù)移動M鏡，使視場中心的視見度由最小到最大直至鏡，使視場中心的視見度由最小到最大直至又為最小，再記錄又為最小，再記錄M鏡位置，連續(xù)測出五鏡位置，連續(xù)測出五個視見度最小時個視見度最小時M鏡位置。鏡位置。用逐差法求用

13、逐差法求d的平均值，根據(jù)公式的平均值，根據(jù)公式(4)計計算算D雙線的波長差。雙線的波長差。返回返回 不能用手觸摸各光學元件；不能用手觸摸各光學元件； 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)M M、M M背后的螺絲背后的螺絲 時應該緩慢旋轉(zhuǎn)；時應該緩慢旋轉(zhuǎn)； 不要讓激光直射入眼。不要讓激光直射入眼。返回返回 He-Ne He-Ne激光的波長激光的波長 記錄每隔記錄每隔5050個干涉條紋中心個干涉條紋中心“涌涌出出”或或“淹沒淹沒”的的M M鏡位置讀數(shù)，用鏡位置讀數(shù)，用逐差法計算逐差法計算M M鏡移過的距離鏡移過的距離dd，計，計算其平均值和不確定度，進一步計算算其平均值和不確定度，進一步計算波長及其不確定度。波長及其不確定度

14、。 鈉黃光雙線波長：鈉黃光雙線波長：A5893返回返回試根據(jù)邁克爾干涉儀的光路，說明各光學試根據(jù)邁克爾干涉儀的光路，說明各光學元件的作用，總結(jié)邁克爾遜干涉儀的調(diào)元件的作用，總結(jié)邁克爾遜干涉儀的調(diào)整要點及規(guī)律。整要點及規(guī)律。實驗中看到的等傾圓條紋與牛頓環(huán)條紋有實驗中看到的等傾圓條紋與牛頓環(huán)條紋有何異同？使何異同？使M和和M逐漸接近時等傾干逐漸接近時等傾干涉條紋將越來越疏，試描述并說明在零涉條紋將越來越疏，試描述并說明在零光程處所觀察到的現(xiàn)象。光程處所觀察到的現(xiàn)象。如何利用干涉條紋的如何利用干涉條紋的“涌出涌出”或或“陷入陷入”現(xiàn)象，測定單色光的波長？現(xiàn)象，測定單色光的波長？儀器調(diào)節(jié)到出現(xiàn)擴束激光的圓形干涉條紋儀器調(diào)節(jié)到出現(xiàn)擴束激光的圓形干涉條