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迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测空气折射率
迈克耳逊干涉仪是1883年迈克耳逊设计制成的用分振幅法产生双光束干涉的仪器,它是一种可以进行精密测量的,有着广泛应用的干涉仪。迈克耳逊干涉仪的基本结构是许多干涉仪的基础。目前根据迈克耳逊的基本原理研制的各种精密仪器广泛用于生产和科研领域。由于创制了精密的光学仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和基本度量学研究,迈克耳逊于1907年获诺贝尔物理学奖。

(1) 了解迈克耳逊干涉仪的构造、原理,掌握调节方法。
(2) 学会用迈克耳逊干涉仪测定光波波长。
(3)学习一种测量气体折射率的方法
2. 实验仪器
迈克耳逊干涉仪,He-Ne激光器,气室组建,数字气压计。
3. 实验原理
图6-24 迈克耳逊干涉仪的光路图
迈克耳逊干涉仪的光路图如图6-24所示。M1和M2是经精细磨光的平面反射镜,分别安装在相互垂直的两臂上,M2是固定的(称为定镜),M1可通过精密丝杆的带动,在导轨上移动(称为动镜)。在两臂相交处装有与两臂成45˚角的平行平面玻璃板G1,G1后表面镀有一层半透明半反射的薄银膜(A),这一层薄银膜(A)将入射光分成两束光强近似相等的反射光(1)和透射光(2)。因此,G1称为分束板。另外,G2为补偿板。G2与G1是两块材料(折射率)和厚度均相同的平行平面的玻璃板,并且G2和G1彼此间严格平行。G2的作用是使光束(2)在玻璃中的光程与光束(1)在玻璃中的光程相同。
从光源发出的光束,被分束板G1后表面镀有一层薄银膜(A)分成两束光强近似相等的反射光(1)和透射光(2)。光束(1)射到M1上被反射回来,再透过G1到达观测者E处(或接收屏);光束(2)透过G2射到M2上被反射回来,再透过 G2后又经A反射而到达观测者E处(或接收屏)。这两条光线是相干光,相遇发生干涉。因此,在E处可观测到干涉条纹。
图6-24中的M’2是定镜M2相对半反半透膜(A)反射而形成的虚像。在观察者看来,两束相干光(1)、(2)好象是分别经M1和M’2反射而来。因此在研究干涉时,M2与M’2是等效的。
在迈克耳逊干涉仪中,由M1和M2反射出来的光是两束相干光,M1和M2可看作两个相干光源,因此在迈克耳逊干涉仪中可观察到:
①点光源产生的非定域干涉条纹。
②点、面光源等倾干涉条纹。
③面光源等厚干涉条纹。
本实验主要观察到第1种干涉条纹,并利用这种条纹测量He-Ne激光器输出激光的波长。
点光源产生的非定域干涉花样的形成:
用凸透镜会聚后的激光束,相当一个线度小、强度足够大的点光源S。点光源S经M1和M2反射后,相当于由两个虚光源S1,S’2发出的相干光束(图 6-25),但S1和S’2间的距离为M1和M’2的距离的两倍,即S1S’2等于2d 。如图6-25所示,虚光源S1,S’2发出的球面波在它们相遇的空间处处相干,因此这种干涉现象是非定域的干涉花样。
若用屏观察干涉花样时,不同的地点可以观察到圆、椭圆、双曲线、直线状的条纹(迈克耳逊干涉仪的通常实验情况下,接收屏在空间取向总是有限的,因此,只有圆和椭圆容易出现)。通常,把接收屏放置在垂直于S1S’2连线的某处,这样在屏上看到的干涉花样是一组同心圆,圆心位于S1S’2延长线与屏的交点O上。这种由点光源产生的圆环状干涉条纹,无论将观察屏沿