迈克尔逊干涉仪的调节技巧

0 引言

    迈克尔逊干涉仪是 1883 年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产 生等倾干涉条纹，也可以产生等厚干涉条纹。它在近代的物理和计量技术中有着广泛的应用，例如: 用它来测量光波波长、微小长度、光源的相干长度，用相干性较好的光源可对较大的长度精密测量，以及可以用它来研究温度、压力对光传播的影响等等。

1 迈克尔逊干涉仪的结构和光路

1． 1 结构

    迈克尔逊干涉仪的结构如图1 所示，M₁和 M₂是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个螺钉，用来调节镜面的方位; M₂是固定的，M₁由精密丝杆控制可沿臂轴前后移动，其移动距离由转盘读出，在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成45°的平行平面玻璃板 G₁，且在 G₁的第二平面上涂以半透半反膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光 1 和透射光 2，故 G₁板又称为分光板。G₂也是一平行平面玻璃板，与 G₁平行放置，厚度和折射率均与 G₁相同。由于它补偿了光束①和光束②之间附加的光程差，故称为补偿板。

1． 2 光路

    迈克尔逊干涉仪的光路见图 2 所示，单色光源 S发出的光入射到半透半反射分光板 G₁被分为两束光，光束①在 G₁处反射后向着 M₁前进; 光束②透过G₁后向着 M₂前进。这两束光分别在 M₁、M₂上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到 E 处。这两束光来自光源上同一点 0，因而是相干光，它们在空间相遇会产生干涉现象，在 E 处能看到干涉图样。

2 仪器的调节

    1) 调节迈克尔逊干涉仪的底脚螺丝，使其达到水平位置，转动粗调手轮，使平面镜 M₁位于主尺上约 35mm处，此时 M₁和 M₂到分光镜 G₁的距离大致相等。

    2) 将 H_E———N_E激光器放在可调的支架上，接通电源，调节其高度，使激光束通过 G₁经 M₁、M₂反射后射到光屏 E 上，在 E 屏上会呈现两排亮点，然后，调节 M₂镜后的螺钉，使 E 屏上最亮的两亮点完全重合。当两亮点完全重合时，在 E 处的视场中即可看到干涉条纹，此时，说明 M₁和 M^’’₂大致平行。

    3) 再在激光器与干涉仪之间共轴处 放 一 扩 束镜，此时，在 E 屏上很容易看到干涉条纹，然后，一边缓慢的细心地调节 M₂下 的 2 两垂直螺丝，一边观察条纹的走向，如果条纹的曲率走向是水平的走向( 如图 3a、图3b) ，则调节垂直拉簧螺丝，如果条纹的曲率走向是垂直的走向( 如图 3c、图 3d) ，则调节水平拉簧螺丝，直到调到在 E 屏上可看到如图 3e 所示的圆形条纹。此时，若上下左右移动眼睛时，干涉条纹不移动、不抖动，则说明 M₁、M₂严格垂直，观察屏上呈现清晰地等倾干涉条纹，若看到环心处有条纹的“冒出”或“缩进”时，则说明存在视差，原因是 M₁和 M₂没严格的垂直，此时仍需微调垂直和水平拉簧螺丝，直到不发生条纹的“冒出”或“缩进”现象，这时观察到的条纹才是严格的等倾干涉条纹。这样，迈克尔逊干涉仪调节完毕，就可以进行测量了。