用邁克爾遜干涉儀測激光波長

教學章節：? 實驗29?? 用邁克爾遜干涉儀測激光波長
教學內容：
1 講述“用邁克爾遜干涉儀測激光波長”實驗的實驗原理
2 介紹實驗儀器的操作要領、實驗數據的處理等
3 指導學生進行實驗操作、觀察實驗現象、測量并記錄實驗數據
教學學時：3學時
教學目的：
1 使學生了解“用邁克爾遜干涉儀測激光波長”的實驗原理
2 使學生掌握邁克耳遜干涉儀的調節和使用方法
3 使學生掌握本實驗的實驗步驟和實驗數據的測量
4 使學生用逐差法處理實驗數據,并根據不確定度知識,計算波長結果
教學重點、難點：
1 單色光波長測量原理
2 邁克爾遜干涉儀的調節
3 逐差法處理實驗數據
教學方法、方式：講解、演示、教師指導下學生動手操作
教學過程：（儀器介紹、講授原理、指導學生操作、作業布置等）
用邁克爾遜干涉儀設計測透明薄膜厚度和空氣折射率
一 儀器介紹
二 實驗原理
1 邁克爾遜干涉儀的介紹和光路分析
邁克耳遜干涉儀是根據分振幅干涉原理制成的精密實驗儀器，主要由四個高品質的光學鏡片和一套精密的機械傳動系統裝在底座上組成，其實物和光路圖分別如圖5-1、圖5-2所示。底座⑵下面有3個水平調節螺絲⑶，用以調節儀器的水平面，螺母⑷為鎖定裝置。分光鏡P1安裝在鏡架⑾上，補償鏡P2安裝在鏡架⑿上。平面反射鏡M2安裝在固定鏡架⑽上，另一反射鏡M1安裝在移動拖板⑼上面的鏡架⒂上，⑼與⑽各有3只微調螺釘⒁，用以調節平面鏡。固定鏡架的角度微調拉簧螺絲為⒀。當旋動手輪⑸或微調手輪⑺時，拖板⑼可在導軌⑴上作微小移動。光的干涉圖樣可用觀察屏⒃觀測。儀器設有三個讀數尺：主尺附在導軌側面，最小分度為1mm，從讀數窗口⑹可看到一個100等分的圓盤標尺，其轉動1小格，相當于拖板直線移動0.01mm。微調手輪⑺的刻度輪⑻也為100分格，其移動1小分格為圓盤標尺的1/100，相當于拖板移動0.0001mm。
三 操作步驟
1．認真學習儀器注意事項。
2．檢查兩個反射鏡后的微調螺絲（14），使其松緊適當；兩個微調拉簧螺絲取適中位置，留有雙向調節余量。
3．轉動粗調手輪，使兩個反射鏡與分光板的距離粗略相等即主尺刻度位于32mm左右（因M2鏡至P1鏡距離大約為32mm），這樣更易于調出等傾干涉條紋。
4．點亮氦—氖激光器，調節水平調節螺絲（3）使干涉儀水平，并使激光束大致與M2垂直。激光束經分光板P1分束，由M1、M2反射后，照射在E處的與光路垂直放置的觀察屏（16）上，即呈現出兩組分立的光斑。
5．調節M1和M2兩鏡后的螺旋，以改變M1、M2鏡面的方位，使屏上兩組光點（最亮點）完全重合（完全重合時，仔細觀察最亮點內部甚至其周圍有細小明暗條紋產生），此時再在激光器前共軸地放一擴束透鏡，屏上即可呈現出干涉條紋。緩慢細心地調節M2鏡下的拉簧螺絲，使條紋成為等傾干涉條紋（圖5-3）。
6．調節干涉儀的手輪（有粗調、微調手輪（5）（7））使M1移動，熟悉M1位置的讀數規律。同時觀察干涉條紋變化情況（環紋涌出或陷入現象）。
7．測量前需對大小手輪進行讀數校準。先調節微調手輪（7）（順時針或逆時針方向）能看到干涉環紋有所變化，此時仍按原旋轉方向使小鼓輪的“0”刻度線對準標志線，然后調節旋轉手輪（5）（旋轉方向和微調手輪轉動方向相同），使之任一整刻度與旋轉手輪的標志線對齊。方可進行測量。
8．記下當條紋中心冒出（或陷入）時M1鏡的位置讀數d1，沿原來校準的方向繼續轉動微調手輪（7），觀察并數出屏上涌出（或縮進）的條紋數，每隔50環記錄一次M1鏡的位置，連續數350環，共讀得M1鏡8次位置讀數。
三 實驗注意事項
⑴ 干涉儀是非常精密的光學儀器，必須首先弄清楚儀器的使用方法才可動手操作儀器。
⑵ 干涉儀中的光學玻璃件（分光板、補償板、反射鏡）的光學表面絕對不能沾污或用手撫摸，也不要自己用擦鏡紙擦拭。
⑶ 干涉儀各調節控制機構均極其精密，其調節范圍有一定的限度，調整時應仔細、認真、輕、緩，不可擰得過緊，嚴防盲目亂調。
⑷ 轉動微調手輪時，粗調手輪隨之轉動，但轉動粗調手輪時，微調手輪并不隨之轉動，因此在調好儀器準備讀數之前應先調整零點。調整零點的方法是：將微調手輪沿某一方向（例如順時針方向）旋轉至零，然后以同方向轉動粗調手輪對齊讀數窗口中的某一刻度，以后測量時使用微調手輪仍以同方向移動M1鏡，這樣才能使讀數窗口中的刻度盤與微調手輪的刻度盤相互配合。
⑸ 微調手輪有很大的反向空程（大約20圈），這會產生“空轉誤差”（所謂“空轉誤差”，是指如果沿與原來“調零”時鼓輪的轉動方向相反的方向轉動鼓輪，則在一段時間內，微調手輪（7）雖然在轉動，但讀數窗口并未計數，因為此時反向后蝸輪與蝸桿的齒并未嚙合靠緊）。為了消除“空轉誤差”，使用時應始終向一個方向旋轉，如果需要反向測量，則需先消除“空轉誤差”再重新調整零點，方可進行讀數。