實(shí)驗(yàn)40用邁克爾遜干涉儀測量氦氖激光器波長

1、IT-Pl、P2實(shí)驗(yàn)40用邁克爾遜干涉儀測量氦氖激光器波長、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)及調(diào)整方法，并用它測光波波長2通過實(shí)驗(yàn)觀察等傾干涉現(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)儀器氦氖激光器、邁克爾遜干涉儀 （250nm）、透鏡、毛玻璃等。邁克爾遜干涉儀外形如圖一所示。其中反射鏡 M!是固定的，M2可以在導(dǎo)軌上前后移動(dòng)，以改變光程差。反射鏡 M2的移 動(dòng)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪（2）可以實(shí)現(xiàn)粗調(diào)。M2移動(dòng)距離的毫米數(shù)可在機(jī)體側(cè)面的毫米刻度尺（5）上讀得。通過讀數(shù)窗口，在刻度盤（3）上可讀到0.01mm ;轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪（1）可實(shí)現(xiàn)微調(diào)，微調(diào)手輪的分度值為1 x 10-4mm?？晒雷x到10-5mm。Mi、M

2、2背面各有3個(gè)螺釘可以用來粗調(diào) M1和M2的傾度，傾度的微調(diào)是通過調(diào)節(jié)水平微調(diào)（15）和豎直微調(diào)螺絲（16）來實(shí)現(xiàn)的。2- 粗調(diào)手輪；3- 劑度盤；1絲秤嚙合礬陽；5- 左米甜圧尺：6- 堂桿；I- 導(dǎo)軌：0-絲桿頂進(jìn)螺帽； A調(diào)平嵐轡；-那黑豔邕；II- tUsbWn :12- WJ5F ；13- 愼剜0調(diào)：1M :Ik價(jià)度謖調(diào)； 帀一傾JS槪調(diào)；圖一三、實(shí)驗(yàn)原理1儀器基本原理邁克爾遜干涉儀的光路和結(jié)構(gòu)如圖二所示。 MM2是一對精密磨光的平面反射鏡。 P P2是厚度和折射率都完全相同的一對平行玻璃板，與M1、M2均成45°角。P1的一個(gè)表面鍍有半反半透膜，使射到其上的光線分為光強(qiáng)度

3、差不多相等的反射光和透射光；P1稱為分光板。當(dāng)光照到 P1上時(shí)，在半透膜上分成相互垂直的兩束光，透射光（1）射到M1,經(jīng)M1反射后，透過P2,在P1的半透膜上反射后射向 E;反射光（2）射到M2,經(jīng)M2反射后，透 過P1射向E。由于光線（2）前后共通過P1三次，而光線（1）只通過P1 一次，有了 P2,它們在玻璃中的光程便相等了，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P2稱為補(bǔ)償板。當(dāng)觀察者從E處向Pi看去時(shí)，除直接看到M2外還看到 Mi的像M。于是(1 )、(2)兩束光如同從 M2與Mf反射來的，因此邁克爾遜干涉儀中 所產(chǎn)生的干涉和 Mi'7M2間“

4、形成”的空氣薄膜的干涉等效。2干涉條紋的圖樣本實(shí)驗(yàn)用He-Ne激光器作為光源(見圖三)，激光S射向邁克爾遜干涉儀，點(diǎn)光源經(jīng)平 面鏡Mi、M2反射后，相當(dāng)于由兩個(gè)點(diǎn)光源 Si,和S2/發(fā)出的相干光束。S，是S的等效光 源，是經(jīng)半反射面 A所成的虛像。Si'是S'經(jīng)Mi'所成的虛像。S2是S'經(jīng)M2所成的 虛像。由圖三可知，只要觀察屏放在兩點(diǎn)光源發(fā)出光波的重疊區(qū)域內(nèi)，都能看到干涉現(xiàn)象。如果M2與Mi'嚴(yán)格平行，且把觀察屏放在垂直于Si'和S2'的連線上，就能看到一組明暗相間的同心圓干涉環(huán)，其圓心位于Si' S2'軸線與屏的交點(diǎn)

5、 Po處，從圖四可以看出 Po處的光程差 L=2d，屏上其它任意點(diǎn) P'或P的光程差近似為L= 2d cos '(i)式中為S2'射到P點(diǎn)的光線與 M2法線之間的夾角。當(dāng) 2d cos二k，時(shí)，為明紋；當(dāng) 2d cos=(2k i) /2 時(shí)，為暗紋。由圖四可以看出，以 Po為圓心的圓環(huán)是從虛光源發(fā)出的傾角相同的光線干涉的結(jié)果， 因此，稱為“等傾干涉條紋” 。:=0時(shí)光程差最大，即圓心 Po處干涉環(huán)級次最高，越向邊 緣級次越低。當(dāng)d增加時(shí)，干涉環(huán)中心級次將增高，條紋沿半徑向外移動(dòng)，即可看到干涉環(huán)從中心“冒”出；反之當(dāng) d減小，干涉環(huán)向中心“縮”進(jìn)去。由明紋條件可知，當(dāng)干

6、涉環(huán)中心為明紋時(shí)， 心處條紋的級次相應(yīng)改變，當(dāng) d每改變?nèi)?2 距離為 d,相應(yīng)冒出或縮進(jìn)的干涉環(huán)條紋數(shù)為圖四 L=2d=k入。此時(shí)若移動(dòng) M2 (改變d)，環(huán)距離，環(huán)心就冒出或縮進(jìn)一條環(huán)紋。若M2移動(dòng)N，則有2.d(2)式中 d為M2移動(dòng)前后的位置讀數(shù)差。 實(shí)驗(yàn)中只要測出d和N ,即可由（2）式求出波長。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 使He-Ne激光器光束大致垂直于 Mi，在E處放一接收屏，即可看到兩排激光光斑，每排 都有幾個(gè)光點(diǎn)，這是由于 Pi與半反射面相對的另一側(cè)的玻璃面上亦有部分反射的緣故。調(diào) 節(jié)Mi背面的三只螺釘，使兩排中的兩個(gè)最亮的光斑大致重合。2. 用短焦距透鏡擴(kuò)展激光束，即能在屏上看到弧形

7、條紋再調(diào)節(jié)Mi的微調(diào)螺釘，使MJ與M2趨向嚴(yán)格平行，弧狀條紋就逐漸轉(zhuǎn)化為非定域的圓條紋了。3. 轉(zhuǎn)動(dòng)M2鏡的傳動(dòng)系統(tǒng)使 M2前后移動(dòng)觀察調(diào)溫度額變化：當(dāng)條紋“冒出”時(shí)表明 d變大， 反之變小。4. 調(diào)整零點(diǎn)：將微動(dòng)鼓輪沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至零，然后以同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪使之對齊某一刻 度。這以后，在測量時(shí)只能仍以相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)鼓輪，這樣才能使手輪與鼓輪二者讀數(shù)相互配合。5. 按原方向轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪 （改變I值），看到一個(gè)一個(gè)干涉環(huán)從環(huán)心冒出。當(dāng)干涉環(huán)中心最亮?xí)r，記下活動(dòng)鏡位置讀數(shù) do，然后繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪，當(dāng)冒出的條紋數(shù)N=80時(shí)，再記下活動(dòng)鏡位置讀數(shù) d1，反復(fù)測量多次，由（2）式算出波長，并與標(biāo)準(zhǔn)值（入0=632.8nm ） 比較，計(jì)算相對不確定度。五、數(shù)據(jù)記錄與處理表一：測量氦氖激光波長的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表次數(shù)iQ123456環(huán)數(shù)NQ8Q16Q24Q32Q4QQ48Qdi ( mm)25.QQQ27.44229.94932.54935.12337.6954Q.195© =d4 -= 7.681mmd2 二 d5 - d2 二 7.746mmd3 = d6 - d3 二 7.646mm石=1( © d2d3) = 7.691mm1 3 gd)=遲陽-31 = _(M _Add) =Q.