【实验名称】迈克尔逊干涉仪的调整与使用 　　【实验目的】 　　1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构,学习其调节方法； 　　2．调节非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉条纹,了解非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉的形成条件及条纹特点； 　　3．利用白光干涉条纹测定薄膜厚度. 　　【实验仪器】 　　迈克尔逊干涉仪（20040151）,He-Ne激光器（20001162）,扩束物镜 　　【实验原理】 　　1.迈克尔逊干涉仪 　　图1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图 　　G1和G2是两块平行放置的平行平面玻璃板,它们的折射率和厚度都完全相同.G1的背面镀有半反射膜,称作分光板.G2称作补偿板.M1和M2是两块平面反射镜,它们装在与G1成45º角的彼此互相垂直的两臂上.M2固定不动,M1可沿臂轴方向前后平移. 　　由扩展光源S发出的光束,经分光板分成两部分,它们分别近于垂直地入射在平面反射镜M1和M2上.经M1反射的光回到分光板后一部分透过分光板沿E的方向传播,而经M2反射的光回到分光板后则是一部分被反射在E方向.由于两者是相干的,在E处可观察到相干条纹. 　　光束自M1和M2上的反射相当于自距离为d的M1和M2ˊ上的反射,其中M2ˊ是平面镜M2为分光板所成的虚像.因此,迈克尔逊干涉仪所产生的干涉与厚度为d、没有多次反射的空气平行平面板所产生的干涉完全一样.经M1反射的光三次穿过分光板,而经M2反射的光只通过分光板一次,补偿板就是为消除这种不对称性而设置的. 　　双光束在观察平面处的光程差由下式给定： 　　Δ＝2dcosi 　　式中：d是M1和M2ˊ之间的距离,i是光源S在M1上的入射角. 　　迈克尔逊干涉仪所产生的干涉条纹的特性与光源、照明方式以及M1和M2之间的相对位置有关. 　　2．等倾干涉 　　如下图所示,当M2与M1严格垂直,即M2ˊ与M1严格平行时,所得干涉为等倾干涉.干涉条纹为位于无限远或透镜焦平面上明暗的同心圆环.干涉圆环的特征是：内疏外密.由等倾干涉理论可知：当M1、M2′之间的距离d减小时,任一指定的K级条纹将缩小其半径,并逐渐收缩而至中心处消失,即条纹“陷入”；当d增大,即条纹“外冒”,而且M1与M2′的厚度越大,则相邻的亮（或暗）条纹之间距离越小,即条纹越密,越不易辨认.每“陷入”或“冒出”一个圆环,d就相应增加或减少λ/2的距离.如果“陷入”或“冒出”的环数为N,d的改变量为Δd,则：Δd=N*λ/2 　　则：λ＝2Δd／N 　　若已知Δd和N,就可计算出λ. 　　i2 　　a1 　　i1 　　b1 　　【实验内容及步骤】 　　（一）调整迈克尔逊干涉仪,观察非定域干涉、等倾干涉的条纹 　　①对照实物和讲义,熟悉仪器的结构和各旋钮的作用； 　　②点燃He—Ne激光器,使激光大致垂直M1.这时在屏上出现两排小亮点,调节M1和M2背面的三个螺钉,使反射光和入射光基本重合（两排亮点中最亮的点重合且与入射光基本重合）.这时,M1和M2大致互相垂直,即M1／、M2大致互相平行. 　　③在光路上放入一扩束物镜组,它的作用是将一束激光汇聚成一个点光源,调节扩束物镜组的高低、左右位置使扩束后的激光完全照射在分光板G1上.这时在观察屏上就可以观察到干涉条纹（如完全没有,请重复上面步骤）再调节M1下面的两个微调螺丝使M1／、M2更加平行,屏上就会出现非定域的同心圆条纹. 　　④观察等倾干涉的条纹. 　　（二）测量He—Ne激光的波长 　　①回到非定域的同心圆条纹,转动粗动和微动手轮,观察条纹的变化：从条纹的“涌出”和“陷入”说明M1／、M2之间的距离d是变大?变小?观察并解释条纹的粗细、疏密和d的关系. 　　②将非定域的圆条纹调节到相应的大小（左边标尺的读数为32mm附近）,且位于观察屏的中心. 　　③转动微动手轮使圆条纹稳定的“涌出”（或“陷入”）,确信已消除“空回误差”后,找出一个位置（如刚刚“涌出”或“陷入”）读出初始位置d1. 　　④缓慢转动微动手轮,读取圆条纹“涌出”或“陷入”中心的环数,每50环记录相应的d2、d3、d4…… 　　⑤反方向转动微动手轮,重复②、③记录下“陷入”（或“涌出”）时对应的di/. 　　⑥数据记录参考表（如上）,按公式计算出He—Ne激光的波长.用与其理论值相比较得出百分差表示出实验结果. 　　【注意事项】 　　1、任何光学面不得用手摸,如需要用镜头纸轻轻擦拭. 　　2、本实验的重点和难点是粗调即步骤③,需反复调节M1和M2背面的三个螺钉,但必须均匀调节,否则会造成仪器的损坏. 　　由于迈克尔逊干涉仪的测量精度较高,反方向转动微动手轮测量另一组数据时,一般需要转动20多圈方可消除“空回误差”,这时也可直接反方向转动粗动手轮达到消除“空回误差”的目的 　　【数据记录】 　　1.测量He—Ne激光的波长： 　　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 　　【数据处理】 　　可通过逐差法求He-Ne激光的波长 　　涌出 　　陷入 　　百分误差：