用迈克尔逊干涉仪测激光波长

教学章节：  实验29   用迈克尔逊干涉仪测激光波长
教学内容：
1 讲述“用迈克尔逊干涉仪测激光波长”实验的实验原理
2 介绍实验仪器的操作要领、实验数据的处理等
3 指导学生进行实验操作、观察实验现象、测量并记录实验数据
教学学时：3学时
教学目的：
1 使学生了解“用迈克尔逊干涉仪测激光波长”的实验原理
2 使学生掌握迈克耳逊干涉仪的调节和使用方法
3 使学生掌握本实验的实验步骤和实验数据的测量
4 使学生用逐差法处理实验数据,并根据不确定度知识,计算波长结果
教学重点、难点：
1 单色光波长测量原理
2 迈克尔逊干涉仪的调节
3 逐差法处理实验数据
教学方法、方式：讲解、演示、教师指导下学生动手操作
教学过程：（仪器介绍、讲授原理、指导学生操作、作业布置等）
用迈克尔逊干涉仪设计测透明薄膜厚度和空气折射率
一 仪器介绍
二 实验原理
1 迈克尔逊干涉仪的介绍和光路分析
迈克耳逊干涉仪是根据分振幅干涉原理制成的精密实验仪器，主要由四个高品质的光学镜片和一套精密的机械传动系统装在底座上组成，其实物和光路图分别如图5-1、图5-2所示。底座⑵下面有3个水平调节螺丝⑶，用以调节仪器的水平面，螺母⑷为锁定装置。分光镜P1安装在镜架⑾上，补偿镜P2安装在镜架⑿上。平面反射镜M2安装在固定镜架⑽上，另一反射镜M1安装在移动拖板⑼上面的镜架⒂上，⑼与⑽各有3只微调螺钉⒁，用以调节平面镜。固定镜架的角度微调拉簧螺丝为⒀。当旋动手轮⑸或微调手轮⑺时，拖板⑼可在导轨⑴上作微小移动。光的干涉图样可用观察屏⒃观测。仪器设有三个读数尺：主尺附在导轨侧面，最小分度为1mm，从读数窗口⑹可看到一个100等分的圆盘标尺，其转动1小格，相当于拖板直线移动0.01mm。微调手轮⑺的刻度轮⑻也为100分格，其移动1小分格为圆盘标尺的1/100，相当于拖板移动0.0001mm。
三 操作步骤
1．认真学习仪器注意事项。
2．检查两个反射镜后的微调螺丝（14），使其松紧适当；两个微调拉簧螺丝取适中位置，留有双向调节余量。
3．转动粗调手轮，使两个反射镜与分光板的距离粗略相等即主尺刻度位于32mm左右（因M2镜至P1镜距离大约为32mm），这样更易于调出等倾干涉条纹。
4．点亮氦—氖激光器，调节水平调节螺丝（3）使干涉仪水平，并使激光束大致与M2垂直。激光束经分光板P1分束，由M1、M2反射后，照射在E处的与光路垂直放置的观察屏（16）上，即呈现出两组分立的光斑。
5．调节M1和M2两镜后的螺旋，以改变M1、M2镜面的方位，使屏上两组光点（最亮点）完全重合（完全重合时，仔细观察最亮点内部甚至其周围有细小明暗条纹产生），此时再在激光器前共轴地放一扩束透镜，屏上即可呈现出干涉条纹。缓慢细心地调节M2镜下的拉簧螺丝，使条纹成为等倾干涉条纹（图5-3）。
6．调节干涉仪的手轮（有粗调、微调手轮（5）（7））使M1移动，熟悉M1位置的读数规律。同时观察干涉条纹变化情况（环纹涌出或陷入现象）。
7．测量前需对大小手轮进行读数校准。先调节微调手轮（7）（顺时针或逆时针方向）能看到干涉环纹有所变化，此时仍按原旋转方向使小鼓轮的“0”刻度线对准标志线，然后调节旋转手轮（5）（旋转方向和微调手轮转动方向相同），使之任一整刻度与旋转手轮的标志线对齐。方可进行测量。
8．记下当条纹中心冒出（或陷入）时M1镜的位置读数d1，沿原来校准的方向继续转动微调手轮（7），观察并数出屏上涌出（或缩进）的条纹数，每隔50环记录一次M1镜的位置，连续数350环，共读得M1镜8次位置读数。
三 实验注意事项
⑴ 干涉仪是非常精密的光学仪器，必须首先弄清楚仪器的使用方法才可动手操作仪器。
⑵ 干涉仪中的光学玻璃件（分光板、补偿板、反射镜）的光学表面绝对不能沾污或用手抚摸，也不要自己用擦镜纸擦拭。
⑶ 干涉仪各调节控制机构均极其精密，其调节范围有一定的限度，调整时应仔细、认真、轻、缓，不可拧得过紧，严防盲目乱调。
⑷ 转动微调手轮时，粗调手轮随之转动，但转动粗调手轮时，微调手轮并不随之转动，因此在调好仪器准备读数之前应先调整零点。调整零点的方法是：将微调手轮沿某一方向（例如顺时针方向）旋转至零，然后以同方向转动粗调手轮对齐读数窗口中的某一刻度，以后测量时使用微调手轮仍以同方向移动M1镜，这样才能使读数窗口中的刻度盘与微调手轮的刻度盘相互配合。
⑸ 微调手轮有很大的反向空程（大约20圈），这会产生“空转误差”（所谓“空转误差”，是指如果沿与原来“调零”时鼓轮的转动方向相反的方向转动鼓轮，则在一段时间内，微调手轮（7）虽然在转动，但读数窗口并未计数，因为此时反向后蜗轮与蜗杆的齿并未啮合靠紧）。为了消除“空转误差”，使用时应始终向一个方向旋转，如果需要反向测量，则需先消除“空转误差”再重新调整零点，方可进行读数。