迈克耳孙干涉仪
1881年美国物理学家迈克尔孙(A.A.Michelson)为测量光速,依据分振幅产生双光束实现干涉的原理精心设计了这种干涉测量装置。迈克尔孙和莫雷(Morey)用此一起完成了在相对论研究中有重要意义的“以太”漂移实验。迈克尔孙干涉仪设计精巧、应用广泛,许多现代干涉仪都是由它衍生发展出来的。
本实验的目的是了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法,观察非定域干涉条纹,测量氦氖激光的波长,并增强对条纹可见度和时间相干性的认识。
实验重点:
1.迈克尔逊干涉仪的干涉原理;
2.非定域干涉和时间相干性;
3.测量激光波长和介质的折射率.
实验难点:
1.等臂情况下的白光干涉条纹的调节;
2.有测量介质条件下的白光干涉条纹的调节.
1. 光路调节
刚进入本实验程序时,实验桌上只有一个迈克尔逊干涉仪。从仪器栏拖入HeNe激光器和短焦透镜,放置好位置。实验操作界面,如下图所示。
双击激光器打开调节界面,点击电源开关打开电源。双击小孔光阑打开调节界面。调节高度,并注意桌面上的干涉仪,当激光恰好可以通过小孔光阑照在干涉仪上时停止调节,关闭调节窗口。双击迈克尔逊干涉仪,点击观察屏(毛玻璃)。鼠标按下M2镜上的三个旋钮调节M2镜的方向,使两排光点重合。如下图所示。
2.测量HeNe激光波长
移除小孔光阑,放入扩束镜。看见干涉仪上出现明亮的干涉条纹。小心的调节M2镜上的旋钮,使条纹圆环的中心在毛玻璃的中心。调节粗调旋钮,使条纹处于比较容易数清楚的粗细,然后选择一个位置作为起始位置,记下此时的读数,点击微调旋钮进行调节,当图像“吞吐”50个条纹的时候记下当前读数,连续记录8次数据,并利用逐差法处理数据并计算出结果。
3. 测量钠光的波长和钠光双线的波长差
将HeNe激光器换成Na光源,移除扩束镜,打开干涉仪的调节窗口,右键点击毛玻璃,此时表示移除了干涉仪上的毛玻璃而用人眼直接去观察。然后按照测量HeNe激光的波长的方法测量Na光的波长。转动粗调旋钮,记录读数从最不清晰的状态到下一个最不清晰的状态时读数的变化。然后用逐差法处理并计算出Na光双线的波长差。
4. 测量透明薄片的折射率
使用HeNe激光器,调节好光路,然后转动粗调旋钮,使干涉条纹处于最粗的状态。移除HeNe激光器和扩束镜,换上白光源并打开电源。打开干涉仪的调节窗口,右键点击毛玻璃,此时表示移除了干涉仪上的毛玻璃而用人眼直接去观察。点击眼睛图标打开观察窗口。小心的调节粗调旋钮,会在附近的某一个位置发现观察窗口中出现彩色的干涉条纹,如下图所示:
转动微调旋钮中央黑纹位置视场中心,记录下当前读数。选择待测薄片选择面板来放置薄片。此时中央黑纹偏离了中心,调节微调旋钮使条纹再次回到视场中心,记录此时的读数。根据具体公式计算时条纹的折射率。