迈克尔干涉实验

 班级：09材成（2）班

姓名：张兵                            

                学号：200910470117

一．摘要：

迈克耳逊干涉仪是用来测定光谱，薄膜的厚度，液体的折射率等的仪器，由美国物理学家迈克耳逊发明，其原理是利用分振幅法产生双光束以实现干涉，通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。

二．关键字：

迈克耳逊干涉仪   激光   镜   

三．实验目的：

(1)了解迈克耳逊干涉仪的干涉原理和迈克耳逊干涉仪的结构。

(2)掌握迈克耳逊干涉仪的调整和使用方法。

(3)学习在组装的迈克耳逊干涉仪上开拓应用的技能。

(4)在组装的迈克耳逊干涉仪上进行压电晶片电致伸缩效应的观测。粗略测出压电晶片的压电系数。

四．实验仪器：

防震台，氦氖激光光源，凸透镜，凹透镜，可变光栏，直尺，光屏，反射镜，分光镜等。

五．实验原理：

    （1）迈克耳逊干涉仪：迈克耳干涉仪是用分振幅的方法，获得双干涉的仪器。其结构如图所示：

M1、M2（在以下各图当中可动反射镜为M2，固定反射镜为M1）为互相垂直的平面反射镜，每个反射镜的背面各有3个用来调节反射镜平面方位的调节螺钉.M2的下方有两个互相垂直的拉簧螺钉，可用来更细微地调节反射镜M2的平面方位。分束板内侧镀有反射膜，反射膜与M1、M2成45度角。补偿板可使两光束在玻璃中经过的光程完全相同。转动粗动手轮和微动手轮可使平面镜M1沿导轨方向前后移动，移动的距离可从标尺、读数窗和微动手轮读出。

（2）干涉条纹的产生

迈克耳逊干涉仪的原理见图1。光源S发出的光束射到分光板G1上,G1的后面镀有半透膜，光束在半透膜上反射和透射，被分成光强接近相等、并相互垂直的两束光。这两束光分别射向两平面镜M1和M2经它们反射后又汇聚于分光板，再射到光屏E处，从而得到清晰的干涉条纹。

图1 干涉原理图

（3）干涉条纹图样

在迈克耳逊干涉仪中，由M1、M2反射出来的光是两束相干光，M1和M2可看成是两个相干光源，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。

（4）等倾干涉原理

迈克耳逊干涉仪等倾干涉光路

   等倾干涉相当于平行平面空气膜干涉。入射倾角i相等的光线经平行膜反射，其相干光形成同一级干涉圆条纹，其光程差为：

入射倾角i相等的光线构成一圆锥面。线经平行膜反射，其相干光用透镜聚焦在焦平面上形成同一级圆条纹。

光程图

（5）等厚干涉原理

如果M1和M'2间形成一很小的角度，则M1与M'2之间有一楔形空气薄层，这时将产生等厚干涉条纹。当光束入射角θ足够小时，可由式（1）求两相干光束的光程差，即

=        （5）

在M1、M'2的交线上，d=0，即δ=0，因此在交线处产生一直线条纹，称为明纹。在左右两旁靠近交线处，由于θ和d都很小，这时式（5）中的项与2d相比可忽略，因而由

δ=2d                        （6）

所以产生的条纹近似为直线条纹，且与条纹平行。离条纹较远处，因项的影响增大，条纹发生显著的弯曲，弯曲方向突向明纹。离交线越远，d越大，条纹弯曲地越明显。

`

（6）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 3)，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3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。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S1S’2方向移至何处都可看到。

由S1、S’2到屏上任一点A，两光线的光程差Δ为

δ=Δr= 2dcosθ

当Δr= 2dCOSθ=kλ时，为明纹；当Δr= 2dcosθ

=（2k+1）λ/2时，为明纹。λ为波长。

五．实验过程：

       在实验室，面对零散的实验仪器，要进行迈克耳逊干涉仪实验，我们需要先对仪器进行组装调试。在试验台上，有一个氦氖激光源。首先我们就要打开光源的电源，让氦氖激光器发射光源。然后将带有支架的凸透镜放在发射激光仪器前端的小孔前，调节凸透镜的高度让反射的部分光束正好聚焦在小孔上。调好之后，继续将带有支架的分光板放在与凸透镜和光源在同一条直线上，并目测调整使三者的高度一致。然后调整支架上的分光板，使其与三者所在直线成45度角。调好之后，将凸透镜和分光板分别固定在实验台上。之后，按照上面的迈克耳逊干涉仪的光路图，将两反射镜和光屏分别摆放在相应的位置并目测调整使其高度与凸透镜、分光板相同。然后，先分别对反射镜M1 、M2进行调节，使其反射通过分光镜之后的光线能够打到光屏上。在光屏上出现了两个光斑之后，先粗调反射镜使两光斑靠近。调好后，就可以将两反射镜M1、M2 分别固定在相应的位置。为了观察到干涉现象，接下来我们就要通过微调反射镜使两个光斑相交并产生干涉条纹图样。经过微调之后，就可以在光屏上看到干涉图样了。记录下各个仪器的坐标。

六．实验数据：

通过很长一段时间的努力，终于见到了干涉条纹图样，这其中在老师不断的指导下，我们也一次又一次的失败再重来，终于还是看到了图样。我不仅知道了迈克耳逊原理，也知道其中的基本操作，方便自己去了解它在实践中给我们生活带来的便利之处，并且在我们失败而放弃时，是老师用爱迪生的故事来教导我们，让我们能坚持，直到成功，并体会到了科学的乐趣。

                      参考文献

吕斯骅主编.新编基础物理实验.高等教育出版社,2005年

罗圆圆主编.大学物理.江西高校出版社

吴振德，江一德.用迈克耳干涉仪测量压电陶瓷的电致伸长系数.华东师范大学

④彭庶修  朱华主编.大学物理实验教程.国防工业出版社