迈克耳逊干涉仪的使用教学指导书.doc

迈克耳逊干涉仪的使用(教学指导)
迈克耳逊干涉仪是根据光的干涉原理制成的一种精密光学仪器,它是一种分振幅双光束干涉仪。迈克耳逊和他的合作者曾用这种干涉仪进行了三项著名的实验:迈克耳逊-莫雷实验,为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;镉红线的发现实现了长度单位的标准化;由干涉条纹视见度随光程变化的规律,可推断光谱线的精细结构。
迈克耳逊干涉仪用途很广:观察干涉现象,研究许多物理因素(如温度、压强、电场、磁场等)对光传播的影响,测波长、测折射率等。
一、教学目的
1、学习调节使用迈克耳逊干涉仪。
2、用迈氏干涉仪测He-Ne激光的波长。
3、观察钠光、白光的等倾和等厚干涉现象。
二、教学要求
1、实验三小时完成。
2、了解迈克耳逊干涉仪的结构、原理,学会它的调节和使用方法。
3、观察、认识、区别等倾干涉和等厚干涉。
4、测量干涉纹移动的数目(每50环)所对应的动镜的坐标位置。
5、计算出He-Ne激光的波长,并对实验结果进行评价,写出合格的实验报告。
三、教学重点和难点
1、重点:掌握迈氏干涉的干涉原理。
2、难点:干涉环的调节。
四、讲授内容(约20分钟)
(采用问答、讨论方式进行)
1、实验原理?
图2点光源非定域干涉

θ
M2
2
G1
G2
M2
(见黑板上原理图示、右图2)从面光源S发出的光束射向分光板G1,被G1分成振幅大致相等的反射光1和透射光2,光束1被动镜M1再次反射回并穿过G1;光束2穿过补偿片G2后被定镜M2反射回,二次穿过G2达到G1,并被膜反射;最后两束光是频率相同、振动方向相同、光程差恒定即位相差恒定的相干光,它们在相遇空间产生干涉条纹(非定域干涉)。
2、分光板G1的作用?在哪个表面上分光?补偿板G2的作用?对它有什么要求?
G1的作用使分出来的两束光的振幅大致相等。在G1板的镀银面上分光。G2补偿光程,使两束光不产生光程差。G2与G1用同种材料做成,厚度相同,平行放置。
3、单色点光源等倾干涉条纹是怎样形成的?
(用投影仪投示或见黑板示非定域干涉光路图---如上图2示)用短焦矩透镜会聚后发散,可视为点光源S,点光源S经M1、M2反射后相当于由两个虚光源S1′、S2′发出的相干光束,但S1′和S2′间的间距为M1到M2的虚像M2′的距离d的两倍,即S1′S2′=2d,虚光源S1′、S2′发出的球面波在它们相遇的空间(非定域)处处相干。考虑到θ较小,通过计算可得出两相干光束的光程差为δ=2dcosθ,由干涉明纹条件:δ=2dcosθ=kλ,
d、λ一定时,θ相同则k同,即同一级次的干涉条纹为分布在锥角为θ的圆锥底面上的同心圆环……等倾干涉条纹。
且在环心处:θ=0,光程差最大,δ=2d =kλ, 干涉级次最高。
4、迈氏干涉仪的结构主要由哪几部分构成?
由动镜、定镜、分光镜、补偿镜四个精制的光学镜片组成的干涉系统,一套精密的传动装置组成的观测系统和安放在稳定度大的底座所组成。观测系统可使测读数达7位有效数字。
5、实验主要步骤?
(1)目测粗调使凸透镜中心,激光管中心轴线,分光镜中心大致等高并垂直定镜M2,并打开激光光源。
(2)(暂时拿走凸透镜)调激光光束垂直定镜。(标准:定镜反射回的光束,返回激光发射孔。)
(3)调M1与M2 垂直。(标准: