1樓：匿名使用者
實驗名稱】邁克爾遜干涉儀的調整與使用
【實驗目的】
1.瞭解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結構，學習其調節方法；
2．調節非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉條紋，瞭解非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉的形成條件及條紋特點；
3．利用白光干涉條紋測定薄膜厚度。
【實驗儀器】
邁克爾遜干涉儀（20040151），he-ne鐳射器（20001162），擴束物鏡
【實驗原理】
1. 邁克爾遜干涉儀
圖1是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖
g1和g2是兩塊平行放置的平行平面玻璃板，它們的折射率和厚度都完全相同。g1的背面鍍有半反射膜，稱作分光板。g2稱作補償板。m1和m2是兩塊平面反射鏡，它們裝在與g1成45
2樓：匿名使用者
利用干涉原理測量光程之差從而測定有關物理量的光學儀器。兩束相干光間光程差的任何變化會非常靈敏地導致干涉條紋的移動，而某一束相干光的光程變化是由它所通過的幾何路程或介質折射率的變化引起，所以通過干涉條紋的移動變化可測量幾何長度或折射率的微小改變數，從而測得與此有關的其他物理量。測量精度決定於測量光程差的精度，干涉條紋每移動一個條紋間距，光程差就改變一個波長（～10-7米），所以干涉儀是以光波波長為單位測量光程差的，其測量精度之高是任何其他測量方法所無法比擬的。
根據光的干涉原理製成的一種儀器。將來自一個光源的兩個光束完全分並，各自經過不同的光程，然後再經過合併，可顯出干涉條紋。在光譜學中，應用精確的邁克爾遜干涉儀或法布里-珀**涉儀，可以準確而詳細地測定譜線的波長及其精細結構。
干涉儀分雙光束干涉儀和多光束干涉儀兩大類，前者有瑞利干涉儀 、邁克耳孫干涉儀及其變型泰曼干涉儀、馬赫-秦特干涉儀等，後者有法布里-珀**涉儀等。干涉儀的應用極為廣泛，主要有如下幾方面：
①長度的精密測量。在雙光束干涉儀中，若介質折射率均勻且保持恆定，則干涉條紋的移動是由兩相干光幾何路程之差發生變化所造成，根據條紋的移動數可進行長度的精確比較或絕對測量。邁克耳孫干涉儀和法布里-珀**涉儀曾被用來以鎘紅譜線的波長表示國際米。
②折射率的測定。兩光束的幾何路程保持不變，介質折射率變化也可導致光程差的改變，從而引起條紋移動。瑞利干涉儀就是通過條紋移動來對折射率進行相對測量的典型干涉儀。
應用於風洞的馬赫-秦特干涉儀被用來對氣流折射率的變化進行實時觀察。
③波長的測量。任何一個以波長為單位測量標準米尺的方法也就是以標準米尺為單位來測量波長的方法。以國際米為標準，利用干涉儀可精確測定光波波長。
法布里-珀**涉儀（標準具）曾被用來確定波長的初級標準（鎘紅譜線波長）和幾個次級波長標準，從而通過比較法確定其他光譜線的波長。
④檢驗光學元件的質量。泰曼干涉儀被普遍用來檢驗平板、稜鏡和透鏡等光學元件的質量。在泰曼干涉儀的一個光路中放置待檢查的平板或稜鏡，平板或稜鏡的折射率或幾何尺寸的任何不均勻性必將反映到干涉圖樣上。
若在光路中放置透鏡，可根據干涉圖樣瞭解由透鏡造成的波面畸變，從而評估透鏡的波像差。
⑤用作高解析度光譜儀。法布里-珀**涉儀等多光束干涉儀具有很尖銳的干涉極大，因而有極高的光譜解析度，常用作光譜的精細結構和超精細結構分析。
⑥歷史上的作用。19世紀的波動論者認為光波或電磁波必須在彈性介質中才得以傳播，這種假想的彈性介質稱為以太。人們做了一系列實驗來驗證以太的存在並探求其屬性。
以干涉原理為基礎的實驗最為精確，其中最有名的是菲佐實驗和邁克耳孫-莫雷實驗。 2023年，a.h.
l.菲佐用特別設計的干涉儀做了關於運動介質中的光速的實驗，以驗明運動介質是否曳引以太。2023年，a.
a.邁克耳孫和e.w.
莫雷合作利用邁克耳孫干涉儀試圖檢測地球相對絕對靜止的以太的運動。對以太的研究為a.愛因斯坦的狹義相對論提供了佐證 實驗用邁克爾遜干涉儀測量鐳射波長
一、目的：1、熟悉邁克爾遜干涉儀的主要結構，掌握其調節方法。2、觀察等厚干涉、等傾干涉、非定域干涉的形成條件及條紋。
二、儀器及用具:1、邁克爾遜干涉儀；2、he－ne 鐳射器；3、毛玻璃；4、透鏡；5、白光光源。
三、邁克爾遜干涉儀： 邁克爾遜干涉儀在光學實驗和計量技術中有著廣泛的應用。例如：
可用它測量光波的波長、微小長度、光源的相干長度，用相干性較好的光源可對較大的長度作精密長了測量，以及可用它來研究溫度、壓力對光傳播的影響等。隨著應用的需要，邁克爾遜干涉儀有多種多樣的形式，其基本光路如圖2所示。圖中s為光源，g1、g2為平行平面玻璃板，g1稱為分束鏡，在它的一個表面鍍有半透半反射金屬膜a，g2稱為補償板。
m1、m2為互相垂直的平面鏡。m1、m2與g1、g2均成 角。 表2 干涉儀各部件名稱及作用序號部件名稱作用注意事項1底座調節螺釘（三個）調節儀器水平 2鑄鐵底座承載體 3精密絲槓（螺距為1mm）精密調節平面反射鏡m1的移動精密絲槓如受損，儀器精度下降，甚至儀器報廢，使用中動作要輕、慢。
4機械檯面承載體5導軌承載平面反射鏡m1前後移動6平面反射鏡m1（動鏡）反射光線鏡面勿碰！7反射鏡調節螺釘（各三個）調節平面反射鏡的空間取向調整時動作要輕、慢。8平面反射鏡m2（固定）反射光線鏡面勿碰！
9分束鏡g1將一束光分解為二束分束鏡g1和布償板g2在光路中已嚴格校準，勿碰！10布償板g2補償作用，保證二束光光程相等11讀數窗 12齒輪系統傳動裝置操作時動作要輕、慢。13手輪控制平面反射鏡m1的移動轉1分格m1鏡平移 mm14水平方向拉簧螺絲精細調節反射鏡m2在該方向的傾斜度調整時動作要輕、慢。
15微動鼓輪精密控制平面反射鏡m1的移動轉1分格m1鏡平移 mm16垂直方向拉簧螺絲精細調節反射鏡m2在該方向的傾斜度調整時動作要輕、慢。1. 本實驗室常用的wsm－200型邁克爾遜干涉儀的主要技術規格：
a、動鏡移動範圍：200mm。 b、動鏡移動的最小讀數0.
0001mm。 圖 12. 在讀數與測量時要注意以下兩點：
a、轉動微動鼓輪時，手輪隨著轉動，但轉動手輪時，鼓輪並不隨著轉動。因此在讀數前應先調整零點，方法是：將微動鼓輪沿某一方向（例如順時針方向）旋轉止零，然後以同方向轉動手輪使之對齊某刻度。
這以後，在測量時只能仍以同方向轉動鼓輪使m1鏡移動，這樣才能使手輪與鼓輪二者讀數互相配合。b、為了使測量結果正確，必須避免引入空程，也就是說，在調整好零點以後，應將鼓輪按原方向轉幾圈，直到干涉條紋開始移動以後，才可開始讀數測量。c、 圖 2為了延長邁克爾遜干涉儀的使用壽命，以免反射鏡長時間受到形變壓力，實驗完畢，需將反射鏡背面的三顆調節螺絲調至自然放鬆狀態。
四、實驗原理：1、邁克爾遜干涉儀的定域干涉現象： 邁克爾遜干涉儀的光路如圖2所示，從準單色光源s發出的光，被平行平面玻璃g1的半反射面a分成互相垂直的兩束光（圖中的光束（1）和光束（2））。
這兩束光分別由平面鏡m1、m2反射再經由a形成互相平行的兩束光，最後通過凸透鏡l在其焦面上p點疊加。g2是一塊補償板，其材料的厚度與g1完全相同，且兩者嚴格平行放置。它的作用是補償光束（2）的光程。
因為光束（2）在色散材料g1中只通過一次，而光束（1）在g1中通過三次。只有在放入補償板後，當m1與m2嚴格對稱於反射面a放置時，光束（1）與（2）對任何波長的光的光程差為零，因此在觀察白光干涉條紋時必須 放上補償板，否則將看不到干涉條紋。設m2＇是m2在半反射面a中的虛象，顯然光線經m2的反射到達p點的光程與它經虛反射面m2＇反射到達p點的光程嚴格相等，故在焦面上觀察到的干涉條紋是由m1及m2＇之間的空氣層兩表面的反射光疊加所產生的。
當m1與m2嚴垂直時，也即m1平行於m2，就會在l的焦面上看到等傾干涉條紋，其形狀為一組同心圓，又若l的主光軸與鏡面m1垂直，則圓心在焦點f上。光束（1）與（2）在p點的光程差為： ……………………………（1）式中d為m1與m2＇間的空氣層厚度，i為射向p點的光束（1）與m1法線之間的夾角，干涉級次在圓心處（i=0）最高，若圓心處恰為一亮點，則該點的級次m與d之間的關係為：
………………………………（2） 圖 3旋轉干涉儀上精密絲桿，可使m1沿平直導軌前後平移，當d增大時，干涉環中心級次就會相應增加，於是可觀察到干涉環逐個從中心冒出來，反之，當d減小時，干涉環逐個向中心縮排去，每變化1個條紋，（即干涉儀中心由亮→暗→亮或由暗→亮→暗）d就變化 距離。由此可以精密地測量長度或光波波長。 如果m1和m2＇靠的很近，且相互間有一個很小的楔角時，即可觀察到等厚干涉條紋，條紋定域在空氣層上（或在其附近），條紋形狀是一組平行於楔稜的直條紋。
隨著m1與m2＇間距離增大，由於入射角的變化帶來影響，使條紋彎曲，並凸向楔稜一邊，觀察等厚條紋時，可直接用眼睛向空氣楔調焦，也可用凸透鏡將空氣楔成象在其共軛面上。2、邁克爾遜干涉儀的非定域干涉現象： 近來由於用鐳射作光源，故亦可觀察到邁克爾遜干涉儀的非定域干涉現象，在圖3中，鐳射通過短焦距透鏡l，會聚成一個強度很高的點光源s，同時其發散角增大了許多倍，爾後入射到邁克爾遜干涉儀。
a即為g1的半反射面（g1略去未畫出），s'是點光源s經過半反射面所成的虛象，s1'是s'經m1所成的虛象，s2'是s'經m2＇所成的虛象。顯然s1'、s2'是一對相干光源，只要觀察屏放在兩點光源發出光波的重疊區域內，都能看到干涉現象，故這種干涉稱為非定域干涉。觀察屏c上任一點p的光強取決於s1'和s2'至該點的光程差：
由於光程差相同點的光強相同，故干涉條紋是一組旋轉雙曲面與觀察屏相交所形成的曲線，其旋轉軸就是s1'和s2'的連線。當觀察屏c垂直於s1's2'軸線時，即能看到一組明暗相間的同心圓干涉條紋，其圓心為s1's2'軸線與屏的交點p0，p0處的光程差 可以證明，屏上任意點的光程差： ………………………（3）式中i為s1'射到p點的光線與m1法線之間的夾角。
式（3）與定域情況的（1）式相同。當m1與m2＇之間距離d連續改變時，同樣可以看到圓心處有條紋向外冒出（或縮排）。故在屏c上將看到一組弧形條紋。
四、實驗內容：1、觀察鐳射的非定域干涉現象；2、觀察定域干涉現象：a、等傾干涉；b、等厚干涉；
五、實驗步驟：1、點亮he－ne鐳射器，使鐳射穩定出光半小時侯後再測量。觀察部分：
2、使he－ne鐳射束大致垂直於m2，在c處放一塊毛玻璃屏，即可看到兩排鐳射光斑，每排都有幾個光點，這是由於g1上與反射面相對的另一側面的平玻璃面上亦有部分反射的緣故。調節m2背面的三隻螺絲，使兩排中兩個最亮的光斑大致重合，則m2＇與m1平行。3、用短焦距透鏡擴充套件鐳射束，即能在屏上看到弧形條紋，再調節m2鏡座下的微調螺絲，可使m2＇與m1趨向嚴格平行，而弧形條紋逐漸轉化為圓條紋。
4、另一種調節方法是：使細鐳射束穿過小孔光闌後，再照射到干涉儀的半反射鏡上。調節m1使反射回來的一排光斑中最亮點返回小孔光闌，即可使m2＇與m1平行。
在弧形條紋變為圓條紋的調整過程中，應仔細考察條紋的變化情況，根據條紋形狀來判斷m2、m1間的相對傾斜，從而確定調節哪幾個螺絲，是放鬆還是擰緊等等。5、改變m2＇與m1之間的距離，根據條紋的形狀，寬度的變化情況，判斷d是變大還是變小，記錄條紋的變化情況。解釋條紋的粗細、密度和d的關係。
6、把毛玻璃放在透鏡l的前面，使球面波經過漫反射成為擴充套件光源（面光源）必要時可加兩塊毛玻璃。用聚焦到無窮遠的眼睛直接觀察可以看到的圓條紋。7、接著調節m2的微調螺絲，使眼睛上下左右移動時，各圓條紋的大小不變，而僅僅是圓心隨眼睛的移動而移動，這時我們看到的就是定域干涉條紋現象中的等傾干涉條紋了。
8、轉動m1鏡傳動系統使m1前後移動，觀察條紋變化的規律（和非定域干涉要求相同）。9、移動m1鏡使m1鏡與m2＇大致重合，調m2的微調螺絲，使m2＇與m1有一很小的夾角，視場中出現直線干涉條紋，干涉條紋的間距與夾角成反比，夾角太大，條紋變得很密，甚至觀察不到干涉條紋，這時我們看到的就是定域干涉現象中的等厚條紋了。取條紋的間距為1mm左右，移動m1鏡，**干涉條紋從彎曲變直再變彎曲的過程。
測量部分：10、調節出等傾干涉條紋後，從某一位置開始緩慢移動m1鏡，改變d的大小，並對干涉條紋的變化進行計數，當n≥500時，停止移動記下干涉儀讀數視窗的示值△d，則he －ne鐳射的波長即為 ，按上述步驟重複三次，計算he－ne鐳射的波長。
六、思考題：1、 如果不用鐳射光源，從一開始就用鈉光，試擬定調出等傾干涉條紋的主要步驟
利用定積分定義求積分利用定積分定義計算abxdx用定義計算
都很難計算的，特別是求極限 a到b e cx dx 底 x b a n 高f ck e c b a k n e cbk cak n 和式 下k 1上n e cbk cak n 這個太複雜，不計了 結果為 1 c e bc e ac a到b cosxdx 底 x b a n 高f ck cos b a...
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