PAGE1實驗三馬赫-曾德干涉儀實驗1．引言隨著電子技術、計算機和現(xiàn)代光學的發(fā)展，干涉儀和干涉技術在近現(xiàn)代獲得了飛速的發(fā)展，在學科上形成了專門的光干涉測量技術或稱激光干涉測量學，在科學技術研究和國防工業(yè)應用中起著舉足輕重的作用。例如在邁克爾遜干涉儀基礎上發(fā)展起來的泰曼-格林干涉儀，可用于精確檢測零件表面的缺陷，結合外差干涉原理還可以使用簡單的電子裝置實現(xiàn)相位的直接測量。馬赫-曾德干涉儀也是現(xiàn)代光學常用的一種典型的干涉技術，其特點是干涉的兩束光分得很開，因此用途比較廣，常被用于測量相位物體引起的相位變化，如大型風洞中氣流引起的空氣密度變化、微小物體的相位變化等。馬赫-曾德干涉儀在全息術中也有廣泛的應用，如用于制備全息光學元件、全息濾波器及全息術研究等。在光纖和集成光學中，馬赫-曾德干涉儀的用途也很廣?，F(xiàn)代光學的許多實驗都是以馬赫-曾德干涉儀的光路為基礎的，因此學習搭建和調(diào)節(jié)馬赫-曾德干涉儀對于訓練學生調(diào)節(jié)光路的技巧以及進一步深入理解干涉原理均有重要意義。2．實驗目的1）學習搭建和調(diào)節(jié)馬赫-曾德干涉儀；2）觀察兩束平行光的干涉現(xiàn)象，分析規(guī)律；3）考察實驗臺的穩(wěn)定度，并與邁克爾遜干涉儀進行比較。3．基本原理馬赫-曾德干涉儀也是采用分振幅的方法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉的，其光路示意圖如圖1所示。圖1.光路示意圖整個光路的主體由兩塊分束鏡（半反半透鏡）和兩塊反射鏡組成，四個反射面接近互相平行，中心光路構成一個平行四邊形。從激光器出射的光束經(jīng)擴束鏡和準直透鏡后形成一束寬度合適的平行光束，該平行光束在第一個分束鏡后分為兩束，其中一束經(jīng)分束鏡反射后到達其中一個反射鏡，經(jīng)其再次反射后透過另一個分束鏡射出，另一束透過第一個分束鏡后，經(jīng)另一個反射鏡及另一個分束鏡兩次反射后射出，兩束出射光在最后一個分束鏡后方重疊。若兩束出射光嚴格平行，則在重疊區(qū)域放置觀察屏時并不能觀察到干涉條紋，但若兩束光在水平方向有一個微小夾角，則在觀察屏的豎直方向將出現(xiàn)干涉條紋，且兩束光的夾角越大，干涉條紋越密（由于人眼作為一個光學系統(tǒng)也有分辨率的限制，因此夾角過大時即使有干涉條紋也可能因為太密而觀察不到）；反之若是豎直方向有一個微小夾角，則將在水平方向出現(xiàn)干涉條紋，以此類推。4.實驗器材激光器（含夾持裝置）、針孔濾波器（包括三維調(diào)節(jié)支架、擴束物鏡和針孔）、準直透鏡、分束鏡、反射鏡、玻璃片或小透鏡、觀察屏（含干板夾）、中間帶有小孔的分劃板及其支桿、套筒、滑塊等。5.實驗內(nèi)容1）打開激光器，調(diào)節(jié)使激光束平行于導軌并在觀察屏上做好標記（調(diào)節(jié)方法同實驗一），然后調(diào)節(jié)所有可能用到的器件的高度和角度使它們均與激光束等高或共軸（調(diào)節(jié)順序同實驗二）；2）按圖2所示的相對位置搭建光路（實驗中沿激光出射方向的光路采用導軌，針孔濾波器中可不加針孔僅作為擴束鏡使用，也可加針孔以獲取更好的實驗效果），調(diào)整擴束鏡和準直透鏡的相對位置使激光擴束并準直成平行光束（即前后移動觀察屏時光斑大小應保持不變），調(diào)整兩個反射鏡和兩個分束鏡的擺放位置使其呈矩形（兩路光的光程基本相等），四個鏡面基本平行且各鏡面出射的光束均保持水平；3）微調(diào)任意一個反射鏡的角度，使兩束光在最后一個分束鏡的出射面上重合，然后微調(diào)最后一個分束鏡的角度，使出射的兩束光在遠處的觀察屏上重合，重復這兩個調(diào)節(jié)過程，直至兩束光的光斑在近處和遠處均能較好重合、觀察屏上出現(xiàn)干涉條紋為止，記錄觀察到的現(xiàn)象，并根據(jù)條紋方向分析兩光束夾角的方向；4）微調(diào)最后一個分束鏡或任意一個反射鏡的角度以改變兩束光的微小夾角，觀察并記錄干涉條紋的疏密程度（或寬度）以及條紋方向的變化規(guī)律；5）在其中一個光路中插入一個完全透明的物體（即相位物體，如玻璃片或小透鏡等），觀察并記錄實驗現(xiàn)象，分析原因；6）實驗結束，關閉激光器，取下針孔并保存好（如使用針孔的話），其他所有器件恢復原樣。擴束鏡準直透鏡分束鏡反射鏡反射鏡分束鏡擴束鏡準直透鏡分束鏡反射鏡反射鏡分束鏡圖2.馬赫-曾德干涉儀實驗裝置參考圖6.思