浙江大学物理光学实验报告

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本科实验报告

物理光学实验 郭天翱

光电信息工程学系 信息工程（光电系） 3100101228 蒋凌颖

2012年 11月27日

专业：光电信息工程 姓名： 郭天翱 学号： 3100101228 实验报告

课程名称：__物理光学实验_指导老师：___成绩：__________________ 实验名称： 迈克尔逊干涉仪实验 实验类型：_________

日期：2012年 月 日 地点：紫金港东1A407 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1、掌握迈克耳逊干涉仪的结构、原理、调节方法；

2、用迈克耳逊干涉仪观察平板干涉条纹的特征，测定单色光波长； 3、观察白光干涉条纹，测量光波的相干长度；

二、实验原理

装 订 线图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。光源上一点发出的光线射到半透明层K上被分为两部分光线“1”和“2”。光线“2”射到M2上被反射回来后，透过G1到达E处；光 M2 d M1'2 G1 k G2 1 激 光M1 图1 迈克尔逊干涉仪 图2 非定域干涉 E 线“1”透过G2射到M1，被M1反射回来后再透过G2射到K上，反射到达E处。这两条光线是由一条光线分出来的，故它们是相干光。光线“1”也可看作是从M1在半透明层中的

虚像M1ˊ反射来的。在研究干涉时，M1ˊ与M1是等效的。调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象可以等效为M1ˊ与M2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。

用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源，它向空间发射球面波，从

M1和 M2反射后可看成由两个光源S1和S2发出的（见图2），S1(或S2)至屏的距离分别为点光源S从 G1和M1(或M2和G1)反射至屏的光程，S1和S2的距

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离为M1ˊ和M2之间距离d的二倍，即2d。虚光源S1和S2发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，这种干涉是非定域干涉。

1、等倾干涉（定域干涉）

若M2和M1严格垂直，M2’与M1互相平行，虚光板各处的厚度h相同。这时影响光程差的因素只有入射角，当用会聚或者发散光束照明干涉仪时，具有相同入射角的光经M1和M2反射后在其相遇点有相同的光程差，因而入射角相同的光形成同一级干涉条纹，称为等倾条纹。等倾条纹呈圆环状，条纹分布内疏外密。在扩展光源照明下，等倾条纹定位于无穷远，因而通常观察这种条纹需要采用望远镜系统。

干涉场中某一点所对应的两支相干光线的光程差为光波波长的整数倍时，即

该点为亮条纹中心；而光程差为光波长的半整数倍时，即

该点为暗条纹中心。

对于等倾圆环条纹，中心处于干涉级m0最高，由圆心向外，依次降低，当观察圆心附近的条纹时；亮、暗条纹的条件分别为错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。.这是如果转动丝杆使M2移动以改变虚平板厚度h时，h每减少错误！未找到引用源。时，条纹便向圆中心收缩并消失一个，如果测量出中心处条纹共消失N个时M2镜的移动距离错误！未找到引用源。，由关系式错误！未找到引用源。，便可计算出光波长。

2、等厚干涉条纹（定域干涉）

若M2和M1相互不垂直，M2’和M1间就有一楔角，这是若用平行光照明或者使用孔径很小的观察系统（如人眼），使整个视场内入射角的变化可以忽略不计，则两支相干光束的光程差的变化只依赖于虚光板的厚度h的变化。干涉条纹是虚平板厚度相同点的轨迹，称为等厚条纹。通常M1和M2的平面度很好，等厚条纹是相互平行的等间距直条纹，条纹的方向与虚平板的交棱平行。当用扩展光源照明时，若虚光板的厚度不大，等厚条纹就定位在虚平板表面（M1）附近，观察这种条纹需要采用放大镜，或者人眼直接观察虚平板表面。

当和h都不能视为常数时，将同时对光程产生影响，这时条纹形状介于等倾等厚之间，称为混合条纹。

3、非定域干涉

如果光源是单色点光源，无论是在等倾干涉还是在等厚干涉的情况下，条纹都是非定域的，采用HE-NE激光器作光源，由于光源的空间相干性很好，可以将

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其看作点光源。这时用一毛玻璃屏插在干涉仪的出射光路中的任何位置，均可以观察到干涉条纹。

4、白光条纹

白光照明，当两路相干光束的光程差为零或者零程差附近的位置，可以观察到白光干涉条纹。中央零级为白（或黑）的彩色条纹。

三、主要仪器设备

HE-NE激光器、白炽灯、扩束镜、准直镜、会聚镜、迈克尔逊干涉仪。 整个装置包括三部分：照明系统、干涉系统和观察系统，如图1所示。

1干涉系统——迈克尔逊干涉仪，如图2所示

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G1分光镜，它是在第二表面镀以半反射介质膜的平行平面板。 G2是一块与G1全同的平板，成为补偿板，它与G1平行。

M1和M2都是平面反射板，两镜的背面各有三个调节螺钉，用来调整镜面的空间取向。M2的镜座上还有垂直安装的两只微调螺钉，用来对M2的空间取向作微调。

2、观察系统

为了观察不同类型的干涉，观察系统可以是望远镜、放大镜或者是人的眼睛。

3、照明系统

本实验单色光源为HE-NE激光器，激光经扩束准直，再经L2会聚。

四、实验内容

1、观察单色光等厚干涉条纹

（1）调整及抱起使其光束基本平行于实验台面，并使光斑位于镜面中心。在毛玻璃上看到M1，M2反射形成的两套光斑，调整M1，M2，使光斑严格重合。 （2）在入射光路中加入扩束镜，并调整。这时在毛玻璃上观察到弧形或圆形的干涉条纹。

（3）加入准直透镜L1，调整L1位置，直到毛玻璃上出现直条纹，再插入L2，毛玻璃上出现圆环条纹。如果条纹很多，应该转动手轮移动M1，使条纹减少到1-3。

（4）使用微调螺杆调整M2的倾斜方向，和移动M1。观察原干涉条纹的变化，

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