迈克尔逊干涉仪实验：测量He-Ne激光波长

"迈克尔逊干涉仪实验报告——王奕童" 迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，常用于测量光的波长、检测透明介质的厚度以及研究光学表面的平整度。在这个实验中，学生王奕童通过学习迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理，以及实际操作来测量He-Ne激光的波长。 实验目的主要包括两个方面：首先，理解并熟悉迈克尔逊干涉仪的光路结构和工作原理；其次，利用干涉仪精确测量He-Ne激光器发出的激光波长。He-Ne激光器通常产生红光，波长大约在632.8纳米，是科学研究和工业应用中常用的稳定光源。 实验仪器主要包括迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜和毛玻璃。扩束镜用来扩大光源的光束，使得光束覆盖更广的面积，增加干涉条纹的清晰度。毛玻璃则用于扩散光源，使其成为接近点光源的状态，以产生不同角度的入射光线。 实验原理基于迈克尔逊干涉仪的基本构造。干涉仪由两个平面反射镜1M和2M组成，其中1M可移动，2M固定。半反射膜置于一个镜子前，使得光束可以同时反射和透射。当光线经过这个系统时，会形成两束相干光，它们的光程差会导致干涉现象。通过调整1M的位置，可以改变这两束光的光程差，从而观察到干涉图样的变化。 迈克尔逊干涉仪的等效光路图揭示了光在各个组件中的路径。光线从光源S出发，经过扩束镜和毛玻璃，然后被半反射膜分为两部分。一部分反射回1M，再次穿过A板后到达接收器；另一部分透射到2M，反射后再穿过A板的半反射膜进入接收器。为了使光路中的光程差保持一致，通常会使用补偿板（如B(2G)）来确保透射和反射光束在特定介质中经历相同的光程。 实验过程中，通过观察干涉条纹的移动，可以计算出激光的波长。在理想情况下，如果光源是单色的，比如He-Ne激光，即使没有补偿板，也可以测量波长。然而，当使用白光时，补偿板是必需的，因为它可以平衡不同颜色光的光程差，从而产生清晰的干涉图案。 在实际操作中，调节1M和2M后面的螺丝，使两个镜子尽可能平行，会产生圆形的等倾干涉条纹。如果存在微小的角度偏差，将观察到楔形的等厚干涉条纹。通过记录和分析这些干涉条纹的移动，可以计算出激光波长的精确值。计算相对误差是实验的关键部分，这需要将实测值与已知的理论值进行比较，以评估测量的准确性。 通过这样的实验，王奕童不仅掌握了迈克尔逊干涉仪的工作机制，还学会了如何利用它进行实际的光学测量，这是物理学和光学教育中的一个重要环节。