迈克耳逊干涉仪的调节和使用

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迈克尔逊干涉

迈克尔逊干涉仪是1881年由美国物理学家迈克尔逊和莫雷为研究“以太”漂移而设计制造的精密光学仪器。历史上，迈克尔逊－莫雷实验结果否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础。迈克尔逊和莫雷因在这方面的杰出成就获得了1883年诺贝尔物理学奖。在近代物理学和近代计量科学中，迈克尔逊干涉仪具有重大的影响，得到了广泛应用，特别是20世纪60年代激光出现以后，各种应用就更为广泛。它不仅可以观察光的等厚、等倾干涉现象，精密地测定光波波长、微小长度、光源的相干长度等，还可以测量气体、液体的折射率等。

迈克尔逊干涉仪是历史上最著名的经典干涉仪，其基本原理已经被推广到许多方面，研制成各种形式的精密仪器，广泛地应用于生产和科学研究领域。

这是一个经典的近代物理实验，也是一个学习干涉仪调整、研究各种干涉现象的基本实验，难度系数1.05，适合于理工科各专业的学生选做。实验操作过程难度比较大，实验技巧与实验原理紧密相连。操作时必须手脑并用，仔细观察，细心调节。但是，实验数据处理非常简单。

  

实验内容　

1、调节和观察非定域干涉条纹。在屏上看到非定域的同心圆干涉条纹，且圆心位于光场的中间。观察中心条纹的“冒出”或“缩进”、干涉条纹的粗细和密度变化规律（即与平面镜M1和M‘2 之间距离d的关系），并解释之。

2、利用非定域干涉条纹测量He－Ne激光波长。转动微调手轮，当干涉条纹“冒出”或“缩进”时记下初始读数，继续沿原方向转动微调手轮，每“冒出”或“缩进”30个条纹记录一次读数，连续测量270个条纹。用逐差法处理数据，计算不确定度，表示测量结果。

3、调节和观察等倾干涉条纹。调出严格的等倾干涉条纹，观察总结条纹粗细和密度（间距）的变化规律，并解释之。

   4、调节和观察等厚干涉条纹。调出等厚干涉条纹，观察总结条纹形状、粗细和密度（间距）的变化规律，并解释之。

  

仪器简介　

1、迈克尔逊干涉仪：实现各种干涉现象，测定光波波长。

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　　2、He－Ne激光器：相干光源，发出波长为6328埃的单色光。

  

实验仪器和测量系统

预习要求

　　 1、了解迈克尔逊干涉仪的基本原理和组成结构。

　　 2、理解非定域干涉、等倾干涉和等厚干涉的基本原理和干涉条纹形成条件。

　　 3、了解迈克尔逊干涉仪的调整方法和读数方法。

　　 4、了解用迈克尔逊干涉仪测定光波波长的基本原理和方法。

　　 5、熟悉实验的具体内容。6、列出测量数据记录表。

问题解答　

　　1、调节等倾干涉条纹时，怎样判断是否观察到了严格的等倾干涉条纹？

　　 当平面镜M1和M‘2完全平行时，才能观察到严格的等倾干涉条纹。这时如果眼睛上下、左右微微移动，同心干涉圆环的大小不变，仅仅是圆心随眼睛移动而移动，并且干涉条纹反差大。这样的干涉条纹就是严格的等倾干涉条纹。

　　2、测量波长时应如何避免空程误差？

　
　　 微动微调手轮，屏上条纹就应有变化，否则就存在空程误差，可用手轻推可动反射镜，消除空程误差，测量时始终连续地沿一个方向转动微调手轮。这样就可以避免空程误差。

  

思考讨论

　

　　 1、迈克尔逊干涉仪是怎样实现双光束干涉的？

　　 2、形成非定域干涉的条件是什么？

　　 3、形成等倾干涉的条件是什么？

　　 4、形成等厚干涉的条件是什么？

　　 5、非定域干涉条纹、等倾干涉条纹和等厚干涉条纹分别定域在何处？实验中怎样验证？

　　 6、调节非定域干涉条纹时，若观察到的条纹又细又密是何原因？如何调节使条纹变得又粗又稀？

　　 7、在等倾干涉中，缩进或吐出一个条纹对应光程差的变化是多少？

　　 8、在等倾干涉中，缩进或吐出一个条纹对应可动反射镜变化的距离是多少？

　　 9、用迈克尔逊干涉仪测定光波波长的基本原理是什么？如何测量？

  

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　注意事项　

　　1．迈克尔逊干涉仪是精密光学仪器，各光学表面必须保持清洁，严禁用手触摸；调整时必须仔细、认真、小心、轻缓，严禁用力过度，损坏仪器。

　　 2．测量时要防止引入空程误差，影响测量精度。

　　 3．避免激光直接射入眼睛，否则可能会造成视网膜永久性的伤害。

　　 4．数条纹变化数目过程中，若因震动出现条纹抖动难以辨认时，应暂停数条纹数，待稳定后再继续数。

　　 5．有些仪器粗调和细调手轮刻度不一致，可通过只读细调手轮来读数。