迈克尔逊干涉仪 说明书.docx

1、迈克尔逊干涉仪 说明书产品说明书一、用 途该仪器主要用于高等院校物理实验中观察光的干涉现象（等厚条纹、等倾条纹、白光彩色条纹），测定单色光波长，测定光源和滤光片相干长度、配法布里珀罗系统观察多光束干涉现象。附加适当装置，还可以扩大实验范围（如测薄片厚度和折射率，空气折射率等）。因此，它是一种用途很广的验证有关基础理论的教学实验仪器。二、原 理图 1 如图1所示：从光源S发出的一束光，射向分光板G1，因分光板的后表面镀了半透膜，光束在半透膜上反射和透射分成互相垂直的两束光。这两束光分别射向相互垂直的参考镜M1，移动镜M2，经M1、M2反射后，又汇于分光板G1，最后光线朝着E的方向射出。则在E处我

2、们就能观察到清晰的干涉条纹。 图中M2是参考M2为半透膜表面G1所成的虚象。所以在光学上，这里的干涉就相当于M2和M2之间的空气板的干涉。设置补偿板G2是为了当使用白光光源时，补偿G1的色散。三、主要技术参数和规格1、移动镜行程： WSM100型 100mm WSM200型 200mm2、微动手轮分度值： 0.0001mm3、波长测量精度：当条纹计数为100时，测定单色光波长的相对误差2。4、观察望远镜光学特性：放大率 3x 出瞳直径 5.3mm 视场角 85、导轨直线性误差：WSM100型16 WSM200型246、分光板，补偿板平面度：/ 307、移动镜参考镜平面度：/ 208、仪器外形尺

3、寸(mm) WSM100型 长430宽180高320 WSM200型 长500宽210高3609、仪器净重：WSM100型 11公斤 WSM200型 15公斤四、仪器的结构与调整 开箱后，检查装箱清单和实物是否相符，产品合格证及说明书是否齐全，然后清洗导轨，丝杆面上的防锈油脂，加上T5精密仪表油。 仪器主体如图2所示，导轨(7)固定在一只稳定的底座上，由三只调平螺丝(9)支承调平后可以拧紧锁紧圈(10) 以保持座架稳定。丝杆(6)螺距为1mm，转动粗动手轮(2)，经一对传动比大约为2:1的齿轮付带动丝杆旋转与丝杆啮合的可调螺母(4)，通过防转挡块及顶块带动移动镜(11)在导轨面上滑动,实现粗动

4、，移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻尺(5)上读得； 通过读数窗口，在刻度盘(3)上读到0.01mm，转动微动手轮(1)，经1: 100蜗轮付传动，可实现微动，微动手轮的最小读数值为0.0001mm，移动镜(11)和固定镜(14) 的倾角可分别用镜背后的三颗滚花螺丝(13)来调节，各螺丝的调节范围是有限度的。如果螺丝向后顶得过松在移动时,可能因震动而使镜面倾角变化，如果螺丝向前顶得太紧，致始条纹形状不规则，因此必须使螺丝在能对于干涉条纹有影响的范围内进行调节，在固定镜(14)附近有两个微调螺丝(15)，垂直的螺丝使镜面干涉图象上下微动，水平螺丝则使干涉图象水平移动，丝杆顶进力可通过滚花螺帽(

5、8)来调整，仪器各部活动环节要求转动轻便， 弹性元件接触力适宜，为此，使用时各活动件须定期加薄油(如钟油)。当使用完毕，需存放一段时期时，导轨丝杆面应上防锈油，由于结构上原因，微动手轮正反空回，出厂时允许在0.03mm范围内，这对测试是无影响的。迈克尔逊干涉仪光路暴露在外面，适用于教学演示，其条纹质量，出厂时已经保证，如果出现不园整，不规则现象，应检查分光板和补偿之间相互是否平行，照明光轴是否在视场上居中，与分光面成45等。用户可调移动镜和固定镜粗微动螺钉来实现，以保证干涉条纹清晰。 图2 干涉仪结构示意图五、使用方法需配适当的光源，如：激光、钠灯、加滤色片的汞灯、白光等。在实验前应将仪器调整

6、至水平。1、 观察非定域干涉条纹1 点光源： 建议使用JGQ-250氦氖激光源或HNL-55700多束光纤激光源。2 使用JGQ-250氦氖激光源作光源时， 先把扩束镜装在激光器上，并将扩束的激光斑照在干涉仪分光板上，光轴基本与固定镜垂直。3 使用HNL-55700多束光纤激光源作光源时，按其说明书将一束光纤安装在分光板的前端，使出射的激光斑照射在分光板上，光轴基本与固定镜垂直。因从光纤出射的激光已经扩束，故不需另加扩束镜。4 转动粗动手轮，将移动镜M1的位置置于机体侧面标尺所示约32mm处， 此位置为固定镜M2和移动镜M1相对于分光板的大约等光程位置。从投影屏处观察（此时不放投影屏），可看到

7、由M1和M2各自反射的两排光点像， 仔细调整M1和M2后的三只调节螺钉，使两排光点像严格重合，这样M1和M2就基本垂直即M1和M2就互相平行了。装上投影屏，即可在屏上观察到非定域干涉条纹，再轻轻调节M2后的调节螺钉，使出现的圆条纹中心处于投影屏中心。5 转动粗动手轮和微动手轮，使M1在导轨上移动，并观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随程差的改变而变化的情况。2、 测量He-Ne激光的波长利用非定域的干涉条纹测定波长。按上述1的方法调出干涉圆条纹，单向缓慢转动微调手轮移动M1，将干涉环中心调至最暗（或最亮），记下此时M1的位置，继续转动微调手轮，当条纹“吞进”或“吐出”变化数为m时

8、，再记下M1的位置，设M1位置的变化数为L，则根据双光束干涉原理，测得He-Ne激光的波长为：= 2L / m测量时，m的总数要不少于500条，可每累进50条时读取一次数据，连续取10个数据，应用逐差法加以处理。3、 观察定域干涉条纹1 扩展光源： 建议采用可升降式低压钠灯（GP20NaII），He-Ne激光器作调整仪器用辅助光源。2 等倾干涉先用He-Ne激光器调整仪器，在激光器前放一小孔光栏，使扩束的激光束通过光栏，并经分光板G1反射到移动镜M1上（此时应将固定镜的反射面遮住），再反射经分光板返回至小孔光栏上，仔细调整M1后的三个调节螺钉使最后的反射光点像与光栏的小孔严格重合。转动粗动手轮

9、移动M1，要求反射光点像不随M 1的移动而产生漂移。此后的实验过程中，不可再旋动M1后的三颗调节螺钉。换上钠光灯，出光口装有毛玻璃，以使光源成为面光源，用聚焦到无穷远的眼睛代替屏，仔细调节M2后的调节螺钉，可看到圆条纹，进一步调节M2的调节螺钉，使眼睛上下左右移动时，各圆的大小不变，仅是圆心随眼睛移动，这是我们看到的就是严格的等倾条纹。移动M1观察条纹的变化情况。3 等厚干涉移动M1和M2大致重合，调节M2后的螺钉使M1和M2有一个很小的夹角，这时视场中出现直线干涉条纹，这就是等厚干涉条纹。仔细调节M2后的螺钉和微调螺钉，即改变夹角的大小，观察条纹的疏密变化。4、 测量钠光的相干长度可利用等厚

10、条纹的观察方式，用等厚干涉条纹来测出钠光的相干长度。首先把干涉仪两臂调到接近相等，此时干涉条纹的对比度最佳，然后移动M1，直至干涉条纹由模糊变为几乎消失，这时的光程差即为相干长度。钠光灯的相干长度为2cm左右。可观察He-Ne激光的相干情况，因为激光的单色性很好，相干长度有几米到几十米的范围，故不必在干涉仪上测出。5、 测钠黄光波长及钠黄光双线的波长差1 按第3条等倾干涉的调节方法将仪器调整好，并调出干涉圆条纹，再按第2条测量He-Ne激光波长的方法进行测量。2 同上调整仪器。如果使用绝对单色光源，当干涉光的光程差连续改变时，条纹的可见度一直是不变的。当使用的光源包含两种波长1及2，且1及2相

11、差很小，当光程差为L = m1 = (m+1/2) 2 （其中m为正整数）时，两种光的条纹为重叠的亮纹和暗纹，使得视野中条纹的可见度减低，若1及2的光的亮度又相同，则条纹的可见度为零，即看不清条纹了。再逐渐移动M1以增加（或减少）光程差，可见度又逐渐提高，直到1的亮条纹与的2亮条纹重合，暗条纹和暗条纹重合，此时可看到清晰的干涉条纹，再继续移动M1，可见度又下降，在光程差L+L = ( m+m )1 = ( m+m+ 3/2 )2时，可见度最小（或为零）。因此，可测出从某一可见度为零的位置到下一个可见度为零的位置，位置差为L，其间光程差变化应为： 即为欲测的钠黄光双线的波长差，为1及2的平均值，

12、可用步骤中测出的波长值代入。6、观察白光干涉条纹按第3条等倾干涉的调节方法将仪器调整好，并调出干涉圆条纹，转动粗动手轮，使圆条纹变宽，当出现1-2条条纹时，用微动手轮再仔细地调到条纹消失，即零光程位置，此时，将光源换成平行的白光光源，在E处可观察到中央为直线黑纹，两旁有对称分布的彩色条纹的白光干涉条纹。用本方法可以测量固体透明薄片折射率n或厚度。当调出中央条纹后，在M1和G1之间放入一透明薄片，中央条纹移出视场，将M1向G1前移，会重新观察到中央条纹，测出放入薄片前后均可观察到彩色条纹的位置差L，由式： 可求出 或 n，一般 应0.5mm为宜。7、 多光束干涉将干涉仪上的分光板部件和移动镜拆除

13、，换上法布里珀罗系统。转动粗动手轮，使法布里珀罗系统的移动镜和参考镜保持一定的距离（约23mm）。用扩束的氦氖激光(或前置有毛玻璃的钠光灯)从移动镜的后面射入，仔细调整两镜后面的螺钉，使两镜平行，此时可在E处观察到（或利用观察望远镜）干涉圆条纹。例：以钠光灯为光源时，先在毛玻璃上用笔画一 “+”作标记，在E处先用肉眼观察到重叠的“+”字像，通过调节移动镜和参考镜的螺钉，使像重合为一个“+”字，此时即可观察到干涉圆条纹；在E处放置观察望远镜，通过仔细调节移动镜和参考镜下的微调螺钉，可观察到两圈一组（分别由589.0nm和589.6nm构成）的干涉环；此时连续同向转动微动手轮，可发现589.0nm

14、和589.6nm的两个环慢慢重叠为一个环，然后又分开为两个环，周而复始；通过测量微动手轮的移动镜移动距离，即可计算出钠的波长差。由于法布里珀罗系统具有较高的分辨本领，理论上固定间隔的法布里珀罗标准具的分辨本领可达1/100埃的数量级。对本仪器而言，无论换用钠光或白光，其实验现象或测量结果均大大优于平板式单光束干涉，而干涉滤光片就是应用此法制作的具有较好波长半宽度的选光元件。六、维 护 保 养 1、仪器应妥善地放在干燥、清洁的房间内，防止振动， 仪器搬动时，应托住底座，以防导轨变形。 2、光学零件不用时，应存放在清洁的干燥盆内， 以防止发霉。反光镜、分光镜一般不允许擦拭，必要擦拭时，须先用备件毛

15、刷小心掸去灰尘，再用脱脂清洁棉花球滴上酒精和乙醚混合液轻拭。 3、传动部件应有良好的润滑。特别是导轨、丝杆、 螺母与轴孔部分，应用T5精密仪表油润滑。 4、使用时，各调整部位用力要适当，不要强旋、硬扳。 5、导轨面丝杆应防止划伤、锈蚀，用毕后， 仍保持不失油状态。6、经过精密调整的仪器部件上的螺丝，都涂有红漆， 不要擅自转动。七、常见故障及检修方法1、 干涉环不圆正：原因：（1）分光板膜层面反向。 （2）两组出射光瞳错位。 （3）分光板、补偿板、移动镜及参考镜有压应力。检修方法：分光板膜层应是入射光的第二面，如装在第一面，则调出的等倾干圆涉环是直的椭圆形干涉环，可旋松分光板的三只宽头螺钉，取出

16、分光板，反过180重新装入金属框内，把三只宽头螺钉旋到原来的压紧力。分光板调整请参考故障6检修方法。分光板，补偿板的宽头螺钉，移动镜及参考镜的调节滚花螺钉压紧力过大，使各镜片逐步变形产生等倾干涉圆环不规则，适当放松过紧的螺钉即可消除。2、 读数空位大于0.03mm原因：（1）传动螺母和丝杆的配合间隙大。 （2）拖板体下面的顶块间隙偏大。 （3）档板与导轨配合过松。检修方法：可先调整顶块间隙，拖板体在工作状态下旋松顶块螺钉，左手大拇指将拖板体向读数头方向轻推，中指压紧顶块，然后固紧顶块螺钉。如果仍未达到要求，调整档板与导轨的间隙达0.02mm，再调节传动螺母上的两只螺钉（老产品有四只）3、 转动

17、粗动手轮时拖板不走。原因：（1）仪器受强烈冲击后，丝杆向尾架方向脱出，造成读数头啮合齿轮错位。 （2）传动小齿轮固紧螺母松动，造成传动小齿轮与丝杆打滑。 （3）大齿轮及粗动手轮的压紧螺母松动。检修方法：首先检查粗动手轮压紧螺母，然后检查精密丝杆是否向尾架方向脱出，如已脱出，可松动尾架三只螺钉，一面将丝杆推向读数头，一面慢慢转动粗动手轮，最后旋紧尾架三只螺钉，如果是小齿轮固紧螺母和大齿轮固紧螺母松动，先拆去传动盒盖，再拆下门字架，固紧螺母，重新依次装配即可。4、 转动微动手轮时拖板不走。原因：（1）传动小齿轮压紧螺母松，使盆形弹簧片无压紧力，造成蜗轮空转。 （2）粗微动有脱开机构的干涉仪，蜗杆压

18、紧弹簧片失灵。 （3）微动手轮压紧螺母松。检修方法：先检查微动手轮的压紧螺母。然后打开传动盒盖，取下门字架，旋紧传动小齿轮压紧螺母，使盆形弹簧片压紧蜗轮，此时转动蜗轮应带动精密丝杆，依次装好拆下的另件。如果是脱开机构，应检查蜗杆拖板是否已被压死。如被压死，可拆下左右压块，清洗、上油（7101油脂）重新装配即可，如蜗杆拖板较松，说明蜗杆拖板的弹簧压力减小，（1）可拆下弹簧改小R增加弹性。（2）调换弹簧片。5、 转动粗动手轮时，等倾干涉环从中心向外漂移。原因：入射的光源不垂直于移动镜。检修方法：此种现象，并非仪器故障，主要是入射的光源不垂直于移动镜，因多数易误解为导轨直线性不好所致，故亦在此说明。

19、首先调整干涉仪三只底脚调平螺钉，使仪器基本按放水平，然后调整光源，使扩束激光充满固定镜，将移动镜调至零光程附近，转动粗动手轮调等倾直条纹，说明扩束激光基本垂直于移动镜，此时转动粗动手轮出现的干涉圆环就不会漂移。6、 白光干涉条纹不对称。原因：（1）受运输冲击或使用过程中碰过分光板和补偿板两板平行度已被破坏。检修方法：调整分光板与补偿板的平行性，在没有自准直仪时，可通过两板同时观察室内目标物。如日光灯，调节两板上的宽头螺钉，使双象基本重合，这时调出的白光彩色条纹可达到基本对称，如仍有不对称现象，可调节补偿板的三只宽头螺钉达到完全对称。7、 波长测定值偏长。原因：（1）拖板体测面弹簧片压力太紧。

20、（2）档板与导轨配合过紧。 （3）导轨面润滑油脂太厚。 （4）蜗轮稍有打滑。 （5）丝杆尾架压紧力偏小。检修方法：先检查拖板体测面的弹簧片是否太紧，如太紧可将弹簧变形减少压力的办法解决。第二取下拖板体，检查开合螺母上的档板与导轨面的配合是否过紧，如过紧可调整档板，旋松两只螺钉，提高档板与导轨接触处垫入0.02mm 厚的锡片，放下档板，固紧螺钉，拿掉锡片。第三导轨如加上厚的油脂，会使拖板增加阻尼或厚的油脂上带有杂质，会使拖板不按导轨直线移动。应清洗后重新上油。第四检查尾架内的弹簧，如压紧力偏小，可把滚花螺套旋出，将弹簧拉长即可。如遇蜗轮稍有打滑，检修时必须小心拆装，先拆下传动盒盖，拆下门字架，取

21、下小钢球，旋下小齿轮压紧螺母，用专用夹具取下读数盘，平面轴承，盆形弹簧片、蜗轮等。在汽油中清洗、烘干，重新涂硬性润滑油脂（杭光3#或7107油脂），重新装配时可在平面轴承与读数盘之间加0.2mm的金属垫片，手感磨擦力有所增加后，依次重新装配，再进行测量检查。迈克尔逊干涉系统法布里珀罗干涉系统八、主机、附件包装箱清单 1、主机(包括水平拉杆和滑架) 1台 2、分光镜部件 1套 3、移动镜部件 1套 4、投影屏 1只 5、镜头毛刷 1支 6、检验合格证 1份 7、使用说明书 1份 8、干燥剂(硅胶) 2袋 9、法布里珀罗固定镜部件 1套 10、法布里珀罗移动镜 1套 11、望远镜(包括垂直插杆) 1套 (其中911仅在A型机中附有，购买时清注意报价单)