Transcript 学会迈克尔逊干涉仪的调节与使用方法。

主讲教师：朱守金
安徽三联学院基础实验中心
目
录
0
简
介
1
实验目的
2
实验原理
3
实验仪器
4
实验步骤
5
数据处理
6
注意事项
简
介
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
迈克尔逊在工作
美籍德国人
（1852-1931）（A.A.Michelson）
获得诺贝尔物理学奖。
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
(1) 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。
迈克尔逊干涉采用的是分振幅法干涉。
3.干涉仪结构和干涉条纹
d
M
2
M1
反射镜 1
1
单
色
光
源
M2
G1
G2
2
反
射
镜
2
补偿玻璃板
半透明
镀银层


观察屏
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。
4. 迈克尔逊测波长的实验原理
S2 '
2d
S1 '
根据薄膜干涉理论，1、2两相干光

束的光程差为:
M2 '
M1
G1 G2 M2
d
L
S
Δ＝ 2dcosδ
Kλ
明纹
=｛ （2K+1）λ/2
暗纹
其中 K=0,1,2,3,…
S'
R
E
P
明纹时有： 2dcosδ=Kλ,K=0,1,2,… δ=0 2d=Kλ,K=0,1
可见，当λ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

d  N
2
 d 为 d 的 变 化 量 
总
结
 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：
d  N 

2

 0
 如果数出“缩进”或“冒出”的条纹数，由已知波长λ就可计算出Δd，这就是
测量微小距离的原理；
 反之，由读出的Δd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。
仪器讲解要点
1、明确待测物理量与仪器的联系。
2d

N


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
1、光路部件
2、读数部件
3、调节部件
水平调节螺丝
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
L  l m 10
2
 n 10
4
m m 
实验内容
1、迈克尔逊干涉仪的调整
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。
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。
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
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。
数据记录及处理
环数 50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
di/m d1
d2
d3
d4
d5
d6
d7
d8
d9
d10
m
注意事项
1、不能用手触摸各光学元件。
2、测量时，微调螺旋只能向一个方向转动，中途不能反向；
3、调节M１、M２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。
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。