1、迈克尔逊干涉仪的调整与使用,安徽三联学院基础实验中心,主讲教师：朱守金,目 录,迈克尔逊在工作,迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊于1881年设计的一种精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速 。迈克尔逊与莫雷曾用此仪器做了非常著名的迈克尔逊莫雷实验，可以说它是狭义相对论的实验基础，为物理学的发展做出了重要贡献。由于在光谱学和度量学方面的贡献，迈克尔逊于1907年获得诺贝尔物理学奖。,美籍德国人（1852-1931）（A.A.Michelson）,简 介,迈克尔逊干涉仪可以精密地测量微小长度、光的波长、光源的相干长度，利用它的原理还能够制成各种专用干涉仪器它被广泛地应用于生
2、产和科研各领域。,用迈克尔逊干涉仪测气流,实验目的,了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构，学会迈克尔逊干涉仪的调节与使用方法。,了解非定域干涉的形成条件及干涉图样的特点。,学会迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光的波长。,实验原理,1.光的干涉条件,干涉的光必须是相干光(2) 光的能量要近似相等（3）两列光的光程差要近似相等,2. 相干光的获得方法,频率相同，相位差恒定，振动方向一致的两束光才能产生稳定的干涉，这两束光称为相干光。,获得相干光的的方法一般有两种：(1)分振幅法：从同一束光分出能量近似相等的两部分。如薄膜干涉等。(2)分波面法:从光波的同一波面分出两个子法。如杨氏双缝干涉等。迈克尔逊干涉采
3、用的是分振幅法干涉。,3.干涉仪结构和干涉条纹,M,1,M,2,2,G,G,1,2,半透明镀银层,单色光源,反射镜 2,反射镜 1,补偿玻璃板,观察屏,M,一束光在G1处分振幅形成的两束光，其光程差就相当于由M1和M2 形成的空气膜上下两个面反射光的光程差。它们干涉的结果是薄膜干涉，调节M1就有可能得到d=0，d=常数，d常数（如劈尖）对应的薄膜等倾或等厚干涉条纹。,d,1,2,4. 迈克尔逊测波长的实验原理,根据薄膜干涉理论，1、2两相干光束的光程差为: 2dcos,明纹时有： 2dcos=K,K=0,1,2, 可见，当一定时，如果 d 逐渐减小，条纹的级数K也会减小，看到的现象是干涉圆环缩
4、进（吞）；如果d逐渐增大，同理，看到的现象是干涉圆环冒出（吐）。对于中央条纹，当缩进或冒出N环时，则光程差变化为,=0,2d=K,K=0,1,当条纹为等倾条纹时，移动M1 ，相当于改变M1 和M2之间空气薄膜的厚度，此时干涉条纹会出现条纹“缩进”或“冒出”的现象。,“缩进”或“冒出”的条纹数与移动距离的关系：,如果数出“缩进”或“冒出”的条纹数，由已知波长就可计算出d，这就是测量微小距离的原理；,反之，由读出的d也可测定入射光的波长，这也是测定单色光波长的一种方法。,总 结,1、明确待测物理量与仪器的联系。,仪器讲解要点,2、如何使两相干光束在空间相遇？（如何调节，如何判断？）,3 、动镜如何
5、动？只有干涉条纹能移动的情况下才能进行测量；,4、如何读数？（主尺+读数小窗口+微调手轮）,迈克尔逊干涉仪的结构,水平调节螺丝,1、光路部件,2、读数部件,3、调节部件,迈克尔逊干涉仪读数结构的调整,粗调鼓轮，每周为100个均匀刻度，每旋转一周，主尺刻度进动1mm，因此其精度为0.01mm；微调鼓轮，每周为100个均匀刻度，每旋转一周，粗调鼓轮刻度进动一个刻度，因此其精度为0.0001mm,调节要点： 1)将激光源放置在干涉仪的左端，调整光源，使激光束射向分束镜中央； 2)转动粗调鼓轮，移动可动反射镜，使两个反射镜与分束镜之间的距离粗略相等。 3)移去观察屏，用眼睛垂直观察分束镜，看到由两个平
6、面镜反射产生的两排光点，仔细调节两平面镜背后的三个微调螺丝，使两排光点中最亮的两点重合。重新装上观察屏，可以看到干涉条纹同心圆环。,1、迈克尔逊干涉仪的调整,实验内容,通过讲解不难发现，无论是测量波长还是测量微小位移，都必须要找到干涉条纹同心圆环。而要得到同心圆环，必须调节M1、M2互相垂直，即M1与M2的像平行。,轻旋微调鼓轮（与调零方向一致），每冒出（或缩进）50环，读一次移动反射镜的位置，至少连续测10组,将数据填入表格，采用逐差法处理实验数据。,4)如果同心圆环的中心不在观察屏的中央，调节水平和竖直拉簧让圆心沿水平和竖直方向移动，把圆环的中心调在观察屏的中央。,2、测量He-Ne激光波长,数据记录及处理,1、不能用手触摸各光学元件。,注意事项,3、调节M、M背后的螺丝时应该缓慢旋转，不要过分拧紧M1镜和M2镜后的螺丝。,2、测量时，微调螺旋只能向一个方向转动，中途不能反向；,4、使用激光器时不要让激光直射入眼，并注意光纤的使用，禁止弯折。,5、调节测微尺的零点（校零）：先将微调鼓轮沿某一方向旋转至零，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读数窗口的任一整刻度。注意：微调与粗调必须同一方向调节！ 6、避免引入空程：在调整好零点后，应使微动鼓轮按原方向转几圈，直到干涉条纹开始移动以后，才可开始读数测量。,
