【實(shí)驗(yàn)名稱】邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br/>1.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)構(gòu),學(xué)習(xí)其調(diào)節(jié)方法；
2．調(diào)節(jié)非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉條紋,了解非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉的形成條件及條紋特點(diǎn)；
3．利用白光干涉條紋測定薄膜厚度.
【實(shí)驗(yàn)儀器】
邁克爾遜干涉儀（20040151）,He-Ne激光器（20001162）,擴(kuò)束物鏡
【實(shí)驗(yàn)原理】
1. 邁克爾遜干涉儀
圖1是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖

G1和G2是兩塊平行放置的平行平面玻璃板,它們的折射率和厚度都完全相同.G1的背面鍍有半反射膜,稱作分光板.G2稱作補(bǔ)償板.M1和M2是兩塊平面反射鏡,它們裝在與G1成45º角的彼此互相垂直的兩臂上.M2固定不動(dòng),M1可沿臂軸方向前后平移.
由擴(kuò)展光源S發(fā)出的光束,經(jīng)分光板分成兩部分,它們分別近于垂直地入射在平面反射鏡M1和M2上.經(jīng)M1反射的光回到分光板后一部分透過分光板沿E的方向傳播,而經(jīng)M2反射的光回到分光板后則是一部分被反射在E方向.由于兩者是相干的,在E處可觀察到相干條紋.
光束自M1和M2上的反射相當(dāng)于自距離為d的M1和M2ˊ上的反射,其中M2ˊ是平面鏡M2為分光板所成的虛像.因此,邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉與厚度為d、沒有多次反射的空氣平行平面板所產(chǎn)生的干涉完全一樣.經(jīng)M1反射的光三次穿過分光板,而經(jīng)M2反射的光只通過分光板一次,補(bǔ)償板就是為消除這種不對(duì)稱性而設(shè)置的.
雙光束在觀察平面處的光程差由下式給定：
Δ＝2dcosi
式中：d是M1和M2ˊ之間的距離,i是光源S在M1上的入射角.
邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的干涉條紋的特性與光源、照明方式以及M1和M2之間的相對(duì)位置有關(guān).
2．等傾干涉
如下圖所示,當(dāng)M2與M1嚴(yán)格垂直,即M2ˊ與M1嚴(yán)格平行時(shí),所得干涉為等傾干涉.干涉條紋為位于無限遠(yuǎn)或透鏡焦平面上明暗的同心圓環(huán).干涉圓環(huán)的特征是：內(nèi)疏外密.由等傾干涉理論可知：當(dāng)M1、M2′之間的距離d減小時(shí),任一指定的K級(jí)條紋將縮小其半徑,并逐漸收縮而至中心處消失,即條紋“陷入”；當(dāng)d增大,即條紋“外冒”,而且M1與M2′的厚度越大,則相鄰的亮（或暗）條紋之間距離越小,即條紋越密,越不易辨認(rèn).每“陷入”或“冒出”一個(gè)圓環(huán),d就相應(yīng)增加或減少λ/2的距離.如果“陷入”或“冒出”的環(huán)數(shù)為N,d的改變量為Δd,則：Δd=N*λ/2
則：λ＝2Δd／N
若已知Δd和N,就可計(jì)算出λ.


i2

a1
i1
b1


【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】
（一）調(diào)整邁克爾遜干涉儀,觀察非定域干涉、等傾干涉的條紋
① 對(duì)照實(shí)物和講義,熟悉儀器的結(jié)構(gòu)和各旋鈕的作用；
② 點(diǎn)燃He—Ne激光器,使激光大致垂直M1.這時(shí)在屏上出現(xiàn)兩排小亮點(diǎn),調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個(gè)螺釘,使反射光和入射光基本重合（兩排亮點(diǎn)中最亮的點(diǎn)重合且與入射光基本重合）.這時(shí),M1 和M2大致互相垂直,即M1／、M2大致互相平行.
③ 在光路上放入一擴(kuò)束物鏡組,它的作用是將一束激光匯聚成一個(gè)點(diǎn)光源,調(diào)節(jié)擴(kuò)束物鏡組的高低、左右位置使擴(kuò)束后的激光完全照射在分光板G1上.這時(shí)在觀察屏上就可以觀察到干涉條紋（如完全沒有,請重復(fù)上面步驟）再調(diào)節(jié)M1下面的兩個(gè)微調(diào)螺絲使M1／、M2更加平行,屏上就會(huì)出現(xiàn)非定域的同心圓條紋.
④ 觀察等傾干涉的條紋.
（二）測量He—Ne激光的波長
① 回到非定域的同心圓條紋,轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)和微動(dòng)手輪,觀察條紋的變化：從條紋的“涌出”和“陷入”說明M1／、M2之間的距離d是變大?變小?觀察并解釋條紋的粗細(xì)、疏密和d的關(guān)系.
② 將非定域的圓條紋調(diào)節(jié)到相應(yīng)的大?。ㄗ筮厴?biāo)尺的讀數(shù)為32mm附近）,且位于觀察屏的中心.
③ 轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪使圓條紋穩(wěn)定的“涌出”（或“陷入”）,確信已消除“空回誤差”后,找出一個(gè)位置（如剛剛“涌出”或“陷入”）讀出初始位置d1.
④ 緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪,讀取圓條紋“涌出”或“陷入”中心的環(huán)數(shù),每50環(huán)記錄相應(yīng)的d2、d3、d4……
⑤ 反方向轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪,重復(fù)②、③記錄下“陷入”（或“涌出”）時(shí)對(duì)應(yīng)的di/.
⑥ 數(shù)據(jù)記錄參考表（如上）,按公式計(jì)算出He—Ne激光的波長.用與其理論值相比較得出百分差表示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果.
【注意事項(xiàng)】
1、任何光學(xué)面不得用手摸,如需要用鏡頭紙輕輕擦拭.
2、本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是粗調(diào)即步驟③,需反復(fù)調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個(gè)螺釘,但必須均勻調(diào)節(jié),否則會(huì)造成儀器的損壞.
由于邁克爾遜干涉儀的測量精度較高,反方向轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪測量另一組數(shù)據(jù)時(shí),一般需要轉(zhuǎn)動(dòng)20多圈方可消除“空回誤差”,這時(shí)也可直接反方向轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪達(dá)到消除“空回誤差”的目的
【數(shù)據(jù)記錄】
1.測量He—Ne激光的波長：
Ki
涌 出
陷入

di(mm)
Δdi(mm)
di/(mm)
Δdi/(mm)

K0
54.74382

54.54123


K0+50
54.76163

54.52504


K0+100
54.77705

54.50927


K0+150
54.79326

54.49211


K0+200
54.80939

54.47658


K0+250
54.82480

54.45958
















【數(shù)據(jù)處理】
可通過逐差法求He-Ne激光的波長
涌出
陷入
百分誤差：