迈克耳孙干涉仪是典型的分振幅双光束干涉装置,在历史上具有非常重要的意义,至今还有重要的应用价值。利用它能观察和研究许多有意义的光学现象,因而在几乎所有光学教科书中都对它有较为详细的介绍。本实验要求学生在了解迈克耳孙干涉仪的结构与原理,并初步掌握了它的调节方法的基础上,自行设计实验,对各种干涉现象进行深入的研究与讨论,从而透彻理解光的波动本性,并提高设计实验的能力。

1.设计实验,观察白光的干涉条纹,并讨论出现干涉条纹的条件和条纹形状。

提示

在白炽灯前加毛玻璃,把M1与M2'(M2对半反射镜所成的像)的距离调节到接近于0。

2.设计实验,观察汞绿光的非定域干涉和激光的定域干涉。

提示

在汞灯前加绿色滤光片和小孔光阑,以形成点光源;在激光器前加透镜扩束后再加2-3块毛玻璃,以形成面光源。

3.在迈克耳孙干涉仪的一臂光路上插入一块薄平行玻璃片,调节两反射镜的相对角度和位置,会看到什么现象?试分析讨论产生这些现象的原因,并利用该干涉仪测出此玻璃片材料的折射率。(提示:玻璃片的厚度可用千分尺测出。)

提示

参阅附件2。

4.已知钠灯中有两条波长相近、强度相同的黄色谱线。用钠灯照射迈克耳孙干涉仪,并调节两反射镜的相对位置,会看到什么现象?试分析讨论产生这些现象的原因,并由此测出两黄光的平均波长λ,波长差Δλ和钠黄光的相干长度Δλ。(注意:这里 ,为什么?)

提示

公式中的Δλ是一条谱线中所含的波长范围,并非两谱线之波长差。

5.设计实验,证明等倾干涉定域在无限远。

提示

将干涉仪调节到出现等倾条纹,在观察屏前用透镜聚焦,可看到观察屏上有清晰条纹的位置正好在透镜的焦平面处。

6.试设计一个不用迈克耳孙干涉仪而能观察等倾干涉的实验。

提示

可先将氦氖激光扩束(直径约1厘米以上),然后用透镜(焦距5厘米左右)会聚到一块平行平面玻璃片上(两表面的夹角约小于1',厚度约2-3毫米),使入射角尽量小,则可在反射光斑中观察到明显的等倾干涉条纹。

7.设计实验,测出等厚干涉定域在何处,验证该定域位置与两反射镜相对位置的关系。

提示

将干涉仪调节到出现等厚条纹,在观察屏前用透镜聚焦,仔细调节到可在观察屏上看到清晰的条纹,根据透镜的物像关系计算出物的位置,即为等厚条纹的定域位置。定域位置与两反射镜相对位置的关系可根据下式算出:

其中,D是定域位置与M1的距离,d是M1与M2'距离,a是M1与M2'的夹角,i是光的入射角。此式的证明,可参阅参考材料2,第123页。

在实验时要注意使入射角大一些,以便于测量。否则i≈0,D≈0。

8.设计实验,利用迈克耳孙干涉仪估测各种滤光片的单色性。(提示:可估测白光通过它们后的相干长度而得。)

提示

改变d,使它从负几厘米到正几厘米(条纹从模糊到清晰再到模糊),从中得到相干长度Δλ,算出Δλ。

9.利用迈克耳孙干涉仪设计并实行你自己想做的实验。(注意:该实验设计方案要征得实验指导老师的同意后方可实行。)

我有建议

我有问题

  • exp/msgs.txt
  • 最后更改: 2007/05/18 11:22
  • (外部编辑)