【实验内容与步骤】
1.调整迈克尔逊干涉仪观察非定域干涉现象
在了解迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法之后才可以进行以下操作,如图2-95所示。

图2-95 迈克尔逊干涉仪结构图
1—分光板;2—补偿板;3—反射镜M1;4—反射镜M2;5—反射镜调节螺丝;6—拖板;7—精密丝杠;8—导轨;9—底座;10—水平调节螺丝;11—垂直拉簧螺丝;12—微调鼓轮;13—水平拉簧螺丝;14—粗调手轮;15—读数窗口
(1)使He-Ne激光器发出的激光束大致垂直于M1,调节激光器高低左右,使反射回来的光束按原路返回。
(2)拿掉观察屏,可看到分别由M1和M2反射到屏的两排光点,每排四个光点,中间有两个较亮,旁边两个较暗。调节M1背面的三个螺钉,使两排中的两个最亮的光点大致重合,此时M1和M2大致垂直。这时一般观察屏上就会出现干涉条纹。
(3)调节M1镜座下两个微调螺丝11、13(图2-95),直至看到位置适中、清晰的圆环状非定域干涉条纹。
(4)轻轻转动微调鼓轮(图2-95),使M2前后平移,可看到条纹的“冒出”或“缩进”,观察并解释条纹的粗细、密度与d 的关系。
2.测量He-Ne激光的波长
(1)读数刻度基准线零点的调整。
1)粗调:顺时针(或反时针)转动粗调手轮(图2-95),使主尺(标尺)刻度指标于50mm 左右。
2)细调:顺时针方向转动微调鼓轮,直至带动粗调手轮的转动为止。这可以从读数窗口上直接看到。
3)调零:为了使读数指示正常,还需“调零”。其方法是:先将微调鼓轮顺时针方向转到“.0000”刻度对准(此时,粗调手轮也跟随转,读数窗口刻度线轴随着变,这没关系);然后再顺时针方向转动粗调手轮,将粗调鼓轮转到1/100mm 刻度线的整数线上(此时微调鼓轮并不跟随转动,即仍指原来“0”位置),“调零”过程就完毕。
4)消除回程差:顺时针方向转动微调鼓轮若干周后,可观察到条纹一个一个地“冒出”或“缩进”,说明已经消除回程差。
5)读数:粗调手轮每一圈刻有100个小格,故每走一格平移0.01mm。而微调鼓轮每转一圈,粗调手轮仅走1格,微调鼓轮每一圈又分刻有100个小格。所以微调鼓轮每走一格M2镜移动0.0001mm。因此测M2镜移动的距离时,若m 是主尺读数(mm),l 是粗调手轮的读数,n 是微调鼓轮的读数,则有

(2)测量记数。慢慢沿顺时针方向转动微调鼓轮,可观察到条纹一个一个地“冒出”或“缩进”,待操作熟练后开始测量记数。记下粗调手轮和微调鼓轮上的初始读数d0,每当“冒出”或“缩进”N=50个圆环时记下di,连续测量12次,记下12个di值,共测量550个圆环。注意整个测量过程中微调鼓轮始终往同一个方向转动,中途不得反转,因此转动微调鼓轮读新“冒出”或“缩进”圆环数时要细心。将12个数据分为6组,用逐差法处理数据。测量数据填入表2-33,并计算不确定度。
3.观察钠光等倾干涉图样的变化及等厚干涉图样(选做内容)
以钠灯取代激光,观察钠光等倾干涉图样,是一个个明暗相间的同心圆环。与(激光)点光源非定域干涉图样类似。在观察等倾干涉条纹的基础上,转动微调鼓轮,使条纹个数最少,约3~4个圆形条纹,调节倾度微调螺丝,使M2、M'1有一微小交角(即变成弧形条纹),再转动微调鼓轮,使弧形条纹慢慢变直,M2到某个位置e=0,这时能看到一组等厚干涉直条纹。整个过程中逐渐可以看到等倾干涉条纹的曲率由大变小(条纹慢慢变直),再由小变大(条纹反向弯曲又成等倾条纹),如图2-94所示。

图2-96 白光彩色条纹
4.观察白光彩色条纹(选做内容)
在观察等厚干涉过程中,当e=0时出现等厚干涉直条纹,利用白光(手电筒的光)代替He-Ne激光,慢慢转动微调鼓轮,则可以在光屏上慢慢看到彩色条纹,如图2-96 所示,其中间一条呈黑(或亮)色,两旁由强到弱等距离地分布有十多条由“紫→红”的彩带。