15-05迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪实验原理
迈克尔逊干涉仪实验原理迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象测量光波长、折射率、透明薄膜厚度和其他光学参数的仪器。
它由美国物理学家迈克尔逊于1881年发明,被广泛应用于精密测量和科学研究领域。
迈克尔逊干涉仪的实验原理基于干涉现象,通过光的干涉来实现精确的测量,下面我们来详细了解一下迈克尔逊干涉仪的实验原理。
首先,迈克尔逊干涉仪由光源、分束镜、反射镜、反射镜、透明样品和接收屏幕组成。
当光源发出的平行光束通过分束镜后,会被分成两束光线,一束直接射向反射镜,另一束射向透明样品。
透明样品可以是待测的物体,也可以是用来测量光波长的标准样品。
两束光线分别被反射镜反射后再次汇聚在接收屏幕上,形成干涉条纹。
其次,根据迈克尔逊干涉仪的实验原理,干涉条纹的位置与光程差有关。
光程差是指两束光线在传播过程中所经历的光程差异。
当两束光线相遇时,如果它们的光程差是波长的整数倍,就会产生明显的干涉条纹。
通过测量干涉条纹的位置,可以推导出光波长、透明样品的折射率和厚度等参数。
再次,迈克尔逊干涉仪的实验原理还可以用来测量光源的稳定性和光学元件的质量。
通过观察干涉条纹的变化,可以判断光源的频率稳定性和光学元件的表面平整度。
这对于精密测量和光学研究具有重要意义。
最后,迈克尔逊干涉仪的实验原理在科学研究和工程应用中发挥着重要作用。
它不仅可以用来测量光学参数,还可以用来研究光的波动性质和光学材料的特性。
在现代科学技术领域,迈克尔逊干涉仪被广泛应用于光学仪器的校准、精密测量和光学元件的质量检测。
总之,迈克尔逊干涉仪的实验原理基于光的干涉现象,通过测量干涉条纹的位置来实现精确的光学参数测量。
它在科学研究和工程应用中具有重要作用,为光学领域的发展做出了重要贡献。
希望本文对迈克尔逊干涉仪的实验原理有所帮助,谢谢阅读!。
《迈克尔逊干涉仪》课件
提高测量精度的措施
使用高精度仪器
选择加工精度高、装配精度高的迈克 尔逊干涉仪,能够减少仪器本身带来 的误差。
细致调整
在实验前对迈克尔逊干涉仪进行细致 的调整,确保干涉条纹完全对齐,以 减小调整误差的影响。
控制环境因素
尽可能在恒温、无气流和振动的环境 中进行实验,以减小环境因素对实验 结果的影响。
重复测量
等方面将更加智能化和自动化。
03
多功能化与拓展应用
未来迈克尔逊干涉仪将进一步拓展应用领域,不仅局限于光学和物理学
,还将应用于化学、生物学等领域,实现更多功能和应用。
THANKS
感谢观看
折射率测量
迈克尔逊干涉仪可以用于测量介质的 折射率,这对于光学玻璃、晶体等材 料的检测和表征具有重要意义。通过 干涉仪测量折射率,可以获得高精度 的结果。
光学玻璃的检测
光学玻璃的折射率
迈克尔逊干涉仪可以用于检测光学玻璃的折射率,这对于光学仪器的制造和校准具有关键作用。通过干涉仪测量 折射率,可以确保光学元件的性能和精度。
光学玻璃的均匀性
迈克尔逊干涉仪还可以用于检测光学玻璃的均匀性,即检查玻璃内部是否存在杂质或气泡。通过观察干涉条纹的 变化,可以判断玻璃的质量和加工工艺。
物理实验中的重要工具
基础物理实验
迈克尔逊干涉仪是许多基础物理实验的重要工具,如光速的测量、光的波动性研究等。通过使用迈克 尔逊干涉仪,学生可以深入理解光的干涉原理和波动性质。
暗物质与暗能量研究
迈克尔逊干涉仪可以用于寻找暗物质和暗能量的线索,帮助解决宇宙 学中的重大问题。
迈克尔逊干涉仪在技术领域的应用前景
1 2 3
量子信息技术
迈克尔逊干涉仪是量子通信和量子计算中的关键 组件,对于量子密钥分发和量子纠缠态的制备具 有重要意义。
迈克尔逊干涉仪
➢ 数条纹变化数目过程中,若因震动出现条纹抖动 难以辨认时,应暂停数条纹数,待稳定后再继续 数。
问题讨论
1、本实验是用什么方法处理数据的?此法 有何优点?
答:是用逐差法处理数据的。优点为:可 以充分利用数据,体现出多次测量的优点, 减小了测量误差。
问题讨论
i0
级次K越大。
圆心处,i 0
2d
K 2d
光程差的改变
两相干光束在空间完全分开,可用移动反射镜的方法改变两 光束的光程差.
M'2 M1
d
d
移动反射镜
d K
2
M1
移
干涉
G1
G2
M2
动 距
离
条纹 移动 数目
等倾干涉圆环的特点
2、随距离d增大,条纹变密
K级明纹: 2d cosik K K+1级明纹: 2d cosik1 (K 1)
当光源是扩展光源时,不论是 等倾干涉还是等厚干涉,所产 生的干涉条纹都有一定位置,
这些干涉称为定域干涉。
当光源是点光源时,凡是两束光相 遇处都可看到干涉条纹,这些干涉
称为非定域干涉。
点光源产生的非定 S1 域干涉计算示意图
i
S2
d
M1
M2'
S
G1
G2
RA O
E
光程差为:
2d S A S A
1
问题讨论
4、调节非定域干涉条纹时,若观察到的条 纹又细又密是何原因?如何调节使条纹 变得又粗又稀?
5、简述本实验所用干涉仪的读数方法。 6、怎样利用干涉条纹的“涌出”和“陷入”
来测定光波的波长?
干涉条纹
迈克尔逊干涉仪报告
迈克尔逊干涉仪报告
在进行迈克尔逊干涉仪实验过程中,我认真地按照实验步骤进行了操作,并且取得了一些有意义的数据。
在实验中,我发现了一些问题,并且也意识到了一些改进的空间。
首先,我注意到在调整干涉仪的镜子位置时,存在一些不稳定性。
这导致了干涉图案的变化,使得实验结果不够稳定。
为了解决这个问题,我需要更加细心地调整镜子的位置,并且可能需要使用更加稳定的支架来固定镜子。
其次,我还发现在实验中需要非常精确地调整干涉仪的光路,才能够得到清晰的干涉图案。
这需要一定的技术和耐心,而我在这方面还存在一些不足。
因此,我需要更加努力地练习和熟练操作干涉仪,以提高自己的技术水平。
最后,我还需要更加深入地理解干涉仪的原理和工作方式,以便更好地分析实验结果。
在实验中,我发现自己对于一些理论知识的掌握还不够扎实,这影响了我对实验结果的解释和理解。
因此,我需要更加努力地学习理论知识,以提高自己的实验能力。
总的来说,这次迈克尔逊干涉仪实验让我意识到了自己的不足之处,并且也给了我改进的方向。
我将会在今后的实验中更加认真地对待每一个细节,努力提高自己的实验技能和理论水平,以取得更好的实验结果。
北航迈克尔逊干涉仪
实验结果
结果1
根据实验数据,得到了干涉条纹 清晰可见的干涉图,证明了迈克
尔逊干涉仪实验的可行性。
结果2
通过测量干涉条纹的间距,计算出 了光的波长,进一步计算出光的速 度。
结果3
实验中通过改变反射镜的角度,观 察到了干涉条纹的移动,验证了光 的干涉现象。
结果分析
分析1
根据干涉图的结果,可以判断实验过程中迈克尔逊干涉仪的调试是 准确的,实验操作是正确的。
调整干涉仪
根据实验需求,调整干涉仪的粗动臂和微动臂的位置,观 察干涉条纹的变化。同时,需要保证光线的入射角度正确 ,避免出现误差。
数据分析
根据记录的数据,进行数据处理和分析,计算出实验所需 的物理量,如波长、波数等。同时,需要对实验结果进行 误差分析,评估实验方法的准确性。
数据处理与分析
数据清洗
对记录的数据进行清洗,去除异 常值和重复值,确保数据的准确
进一步探究提高干涉仪的灵敏度和精度的方法,以满足更高精度的测量需求。
研究不同气体和环境条件下的折射率变化
对不同气体和环境条件下的折射率变化进行深入研究,以拓展干涉仪的应用范围。
发展新型干涉仪技术
积极发展新型干涉仪技术,如光纤干涉仪、数字全息干涉仪等,以满足不同领域的需求。
对其他干涉仪实验的启示
1 2
讨论2
通过比较不同反射镜角度下的干涉条纹移动,可以进一步 研究光的干涉现象及其原理。
讨论3
迈克尔逊干涉仪实验是光学实验中非常重要的一个实验, 通过该实验可以深入理解光的干涉现象及其原理,同时也 可以为其他光学实验提供参考和借鉴。
05 北航迈克尔逊干涉仪实验 结论与展望
实验结论
验证了迈克尔逊干涉仪的原理和特点
迈克尔逊干涉仪实验原理
迈克尔逊干涉仪实验原理
迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象测量光的波长、光速等物理量的仪器。
该实验传统上采用的是半透半反射镜和平面镜构成的光路,分别称为分束器和合束器。
实验步骤如下:
1. 将光源(通常为单色光源)通过准直透镜射入干涉仪的分束器,使光射向半透半反射镜。
2. 半透半反射镜将光分为两束,一束经过反射进入合束器,一束经过透射继续直射。
3. 合束器的反射面上放置一物镜,其作用是将两束光重新合成为一束光。
4. 在光路上放置一干涉标样(如干涉膜),使光束被分为两条,并在合束时产生干涉现象。
5. 在干涉现象出现的区域,采用移动合束器的方法,使得两束光的光程差达到最大或最小。
6. 测量在最大或最小光程差时,移动的距离,即为干涉条纹的间距。
根据干涉条纹的间距,可以计算出空气中的光的波长。
7. 通过改变光路长度,可以测量光速等物理量。
迈克尔逊干涉仪实验原理的最重要特点是其准确性和灵敏度高。
通过调整干涉仪的光路,可以使干涉现象的条纹清晰可见,从而准确测量光的波长和光速。
工程光学迈克尔逊干涉仪课件
分类与应用
分类
迈克尔逊干涉仪有多种类型,如平面镜型、棱镜型和光纤型等,每种类型都有其 特定的应用场景和优缺点。
应用
迈克尔逊干涉仪在光学计量、光学检测、激光技术等领域有着广泛的应用,如测 量光学元件的表面形貌、研究光波的传播特性等。此外,迈克尔逊干涉仪还可用 于测量气体折射率、研究量子光学现象等。
02
观察干涉色阶的分布情况,判断干涉 级次的数目。
干涉条纹移动
记录干涉条纹在移动过程中的变化, 分析其移动规律。
结果分析方法
数学建模
对比分析 数据处理
结果误差分析
仪器误差 环境因素 操作误差
THANKS
感谢观看
CHAPTER
迈克尔逊干涉仪的应用
01
光学测量
02
物理实验
03
光学传感
迈克尔逊干涉仪的拓展
光纤迈克尔逊干涉仪
原子干涉仪
光学频率梳
迈克尔逊干涉仪的未来发展
微型化 智能化 多功能化
05
迈克尔逊干涉仪的实验 结果分析
CHAPTER
实验结果展示
干涉条纹清晰度
干涉色阶分布
观察干涉条纹是否清晰,判断干涉效 果的好坏。
迈克尔逊干涉仪的结构 与组成
CHAPTER
干涉仪的结构
01
02
干涉仪主体
反射镜
03 分束器
干涉仪的组成部件
分束器
反射镜
测量系统
干涉仪的工作原理
当两束相干光分别从固定臂和可 动臂上的反射镜反射回来并在分 束器上相遇时,会产生干涉现象。
由于光程差的存在,两束光的相 位会发生变化,导致光强的分布
发生变化。
通过测量光强的分布,可以计算 出可动臂的位移量,从而得到光
迈克尔逊干涉仪
解:根据题意:
2d k 2d (k 10)
2d cos (k 10) 2dcos (k 10 5)
解得: k 20
迈克尔逊
(A.A.Michelson)
美籍德国人 因创造精密光学仪器,用 以进行光谱学和度量学的 研究,并精确测出光速, 获1907年诺贝尔物理奖。
迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心。
反射镜M2
扩束镜
反射镜M1
激光器
分光板 观察屏
补偿 板
二、迈克尔逊干涉仪的原理
M1的虚像位于 M1 ,M1~M2 可 以看成一空气膜
N 2(n 1)d / 0
M2
(2) (2)
d
M1
O
十字 叉线
(1) (1)
C
条纹移
过N条
等厚条纹
三、迈克尔逊干涉仪的应用
想一想
如何测量气体的折射率? 装入气体 抽真空
L
气体室
n 1 N0 2L
M2
(2) (2)
M1
(1)
(1)
O
C
等厚条纹
三、迈克尔逊干涉仪的应用
测量气体 的折射率
n N0 1
(1) 当M1与M2垂直, 会产生等倾条纹。
M2
(2) (2) M1
M1
(1) (1)
O
C
二、迈克尔逊干涉仪的原理
二、迈克尔逊干涉仪的原理
二、迈克尔逊干涉仪的原理
M1的虚像位于 M1 ,M1~M2 可 以看成一空气膜
(1) 当M1与M2垂直, 会产生等倾条纹。
(2) 当M1与M2不垂直, 会产生等厚条纹。
M1 A M2
B
测量结果: n 107.2 0 1 1.0002927
迈克尔杰克逊干涉仪发展史
迈克尔杰克逊干涉仪发展史
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,可以产生等厚干涉条纹,也可以产生等倾干涉条纹。
主要用于长度和折射率的测量,若观察到干涉条纹移动一条,便是M2的动臂移动量为λ/2,等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。
在近代物理和近代计量技术中,如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着
重要的应用。
利用该仪器的原理,研制出多种专用干涉仪迈克尔逊干涉仪的应用
1、迈克耳孙-莫雷实验:观测以太风,并得出以太不存在的结论
2、激光干涉引力波:通过迈克尔逊干涉仪测量由引力波引起的激光的光程变化
3、行星的探测:迈克尔逊干涉仪用于寻找太阳系外行星
4、迈克耳孙干涉仪还在延迟干涉仪,即光学差分相移键控解调器(Optical DPSK)的制造中有所应用,这种解调器可以在波分复用网络中将相位调制转换成振幅调制。
5、测量气体固体的折射率
6、测量光波的波长
干涉仪的种类
太曼格林(Twyman Green)干涉仪、菲索(Fizeau)干涉仪、麦克詹達干涉仪(Mach-Zender)、剪像(shearing)干涉计及麦克森(Michelson)干涉仪、法布里-派洛(Fabry-Perot)干涉仪sagnac干涉仪、激光干涉仪、Zygo干涉仪、F-P光纤干涉仪
等倾干涉的特点:
1、d一定的时候,靠近中心的干涉圆环角度越大,干涉条纹中间系数边缘密集
2、角度一定的时候d越小,角度变化越大,条纹随着d的减小而变得稀疏。
迈克尔孙干涉仪【可编辑】
3.1.1 迈克尔孙干涉仪(本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》)1881年美国物理学家迈克尔孙(A.A.Michelson)为测量光速,依据分振幅产生双光束实现干涉的原理精心设计了这种干涉测量装置。
迈克尔孙和莫雷(Morey)用此一起完成了在相对论研究中有重要意义的“以太”漂移实验。
迈克尔孙干涉仪设计精巧、应用广泛,许多现代干涉仪都是由它衍生发展出来的。
本实验的目的是了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法,观察非定域干涉条纹,测量氦氖激光的波长,并增强对条纹可见度和时间相干性的认识。
实验原理1.迈克尔孙干涉仪的结构和原理迈克尔孙干涉仪的原理图如图3.1.1-1所示,A和B为材料、厚度完全相同的平行板,A的一面镀上半反射膜,M1、M2为平面反射镜,M2是固定的,M1和精密丝杆相连,使其可前后移动,最小读数为10-4mm,可估计到10-5mm,M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。
光源S发出的光射向A板而分成(1)、(2)两束光,这两束光又经M1和M2反射,分别通过A的两表面射向观察处O,相遇而发生干涉,B作为补偿板的作用是使(1)、(2)两束光的光程差仅由M1、M2与A板的距离决定。
由此可见,这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长,而且其路径是互相垂直的,分的很开,这正是它的主要优点之一。
从O处向A处观察,除看到M1镜外,还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2,M1与M2镜所引起的干涉,显然与M1、M’2引起的干涉等效,M1和M’2形成了空气“薄膜”,因M’2不是实物,故可方便地改变薄膜的厚度(即M1和M’2的距离),甚至可以使M1和M’2重叠和相交,在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体,这些都为其广泛的应用提供了方便。
2.点光源产生的非定域干涉一个点光源S发出的光束经干涉仪的等效薄膜表面M1和M’2反射后,相当于由两个虚光源S1、S 2发出的相干光束(图3.1.1-2)。
迈克尔逊干涉仪原理
迈克尔逊干涉仪原理迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象来测量光波长、长度和折射率的仪器。
它由美国物理学家阿尔伯特·亨利·迈克尔逊于1881年发明。
迈克尔逊干涉仪的原理基于干涉现象,通过将光波分成两束,再将它们重新合并在一起,观察它们的干涉条纹,从而得到有关光的性质和传播的信息。
迈克尔逊干涉仪的基本原理是利用光的干涉现象来测量光的性质。
光波在空间中传播时,会遇到不同介质的折射、反射等现象,这些现象会导致光波相位的改变。
当两束光波重新相遇时,它们的相位差会引起干涉现象,形成明暗条纹。
通过观察这些条纹的变化,可以得到有关光波波长、长度和折射率等信息。
迈克尔逊干涉仪由一个光源、半透镜、分束镜、反射镜和接收屏等部件组成。
光源发出的光波经过半透镜后,被分成两束光,分别通过分束镜反射到两个反射镜上,然后再返回分束镜处重新合并。
当两束光重新相遇时,它们会产生干涉现象,形成明暗条纹在接收屏上。
通过调节反射镜的位置或改变光源的性质,可以观察到不同的干涉条纹,从而得到有关光的性质和传播的信息。
迈克尔逊干涉仪的原理在科学研究和工程应用中具有重要意义。
它可以用来测量光的波长、长度和折射率,也可以用来研究光的干涉、衍射现象,甚至可以应用于光学仪器的精密测量和校准。
迈克尔逊干涉仪的原理和应用广泛存在于物理学、光学、激光技术、天文学等领域。
总的来说,迈克尔逊干涉仪利用光波的干涉现象来测量光的性质和传播的信息。
它的原理简单而重要,在科学研究和工程应用中有着广泛的应用前景。
通过深入理解迈克尔逊干涉仪的原理和特点,我们可以更好地利用光的干涉现象,推动光学仪器的发展和应用。
迈克尔逊干涉仪
一、等倾干涉等倾干涉是薄膜干涉的一种。
薄膜此时是均匀的,光线(光源为散射光)以倾角i入射,上下两条反射光线经过透镜作用汇聚一起,形成干涉。
由于入射角相同的光经薄膜两表面反射形成的反射光在相遇点有相同的光程差,也就是说,凡入射角相同的就形成同一条纹,故这些倾斜度不同的光束经薄膜反射所形成的干涉花样是一些明暗相间的同心圆环.这种干涉称为等倾干涉。
倾角i相同时,干涉情况一样如果想要在迈克尔逊干涉仪上调出等倾干涉条纹,要求M1和M2两个反射镜相互平行,调解时可以在光源上做一个标记,再调节这两个镜子后面的倾度粗调旋钮和细调旋钮,使得标记物在两个镜子里的反射像在视野里重合。
这样就可以看到环状的等倾干涉条纹条纹级次(1)明纹:显然,对于平行膜面厚度一定,上升,下降,上升。
说明:其干涉级次为内高外低,且中心级次最高。
薄膜厚度对条纹间距的影响假如上次间距是d中心为j级,这次间距为比d小的数级数肯定也小,则间距就大。
说明:薄膜厚度越薄,条纹间距越大。
条纹的动态变化(1)当厚度d0变化时,条纹的级次相应发生变化;(2)圆心处将会出现明-暗-明的交替变化;(3)条纹级次改变一个,薄膜厚度改变;(4)d0减小,中心条纹级次j0降低;圆心处的出现亮暗交替的变化,且各干涉条纹向中心收缩(向内移动)。
(5)d0增大,中心条纹级次j0升高;圆心处的出现亮暗交替的变化,且各干涉条纹向外涌出(向外移动)。
二、迈克尔逊干涉仪其他测量应用用迈克尔逊干涉仪测量折射率和厚度一般采用钠光光源,通过观测白光干涉条纹的方法,先调出白光0光程差的彩色干涉条纹,在光路1或2中垂直光线方向插入被测物,再调出0光程差的彩色干涉条纹,反射镜移动距离d与透明体厚度t、透明体(透明固体、液体、气体均可)折射率n、空气折射率n0(n0大致取1)有关系式)1-(ntd=由此可得td n/1+=但是该方法必须知道薄透明体的厚度或折射率之一,通过测出M1镜前移的距离d,才能得到测量体的折射率或厚度。
迈克尔逊干涉仪
Michel son-INTERFEROMETER:实验内容
定域干涉条纹的调节
(1) 等倾条纹 在透镜前放一毛玻璃,使光源成为面光源,用聚焦到无穷远的 眼睛代替屏,这时可看到圆条纹,进一步调节M2的微动螺丝, 使眼睛上下左右移动时,各圆的大小不变,仅仅圆心随眼睛移 动,这时我们看到的就是严格的等倾条纹。移动M1观察条纹变 化情况。 (2)等厚条纹 移动M1和Mˊ2大致重合,调节M2后面的螺丝使M1和Mˊ2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。
2∆d λ= N
Michel son-INTERFEROMETER:实验技巧
定 域 干 涉 与 非 定 域 干 涉
等 厚 干 涉 与 等 倾 干 涉
干 涉 条 纹 调 节 速 成
Michel son-INTERFEROMETER:实验技巧
干涉条纹调节速成
点亮汞灯,使之照亮带网格的毛玻璃屏,形成均匀的扩 展光源。 旋转粗动手轮,使两平面反射镜M1和M2到分光板P1镀膜 面的距离大致相等,沿观察屏E和分光板P1的连线方向观察, 将看到毛玻璃屏上网格的双重影。 仔细调节M1和M2背后的三个螺丝,改变M1和M2的相对方 位,直到网格的双重影在水平方向和铅直方向均完全重合, 这时可观察到干涉条纹,仔细调节三个螺丝,使干涉条纹 成圆形。 再仔细缓慢地调节M2下方的两个微调拉簧螺丝,使干涉 条纹中心仅随观察者的眼睛左右上下的移动而移动,但不 发生条纹的“涌出”或“陷入”现象。这时,观察到的干 涉条纹才是严格的等倾干涉。如果眼睛移动时有干涉环 “涌出”或“陷入”现象,要分析一下再调。
Michel son-INTERFEROMETER:实验原理
定域干涉和非定域干涉
非 定 域 干 涉
实验十五 迈克尔逊干涉仪的调节及使用
实验五迈克尔逊干涉仪的调节及使用【实验目的】(1)了解迈克尔逊干涉仪的光学结构及干涉原理,学习其调节和使用方法;(2)学习一种测定光波波长的方法,加深对等倾、等厚干涉的理解。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、白炽灯等。
【实验原理】迈克尔逊干涉仪是l883年美国物理学家迈克尔逊(A.A.Michelson)和莫雷(E.W.Morley)合作,为研究“以太漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。
用它可以高度准确地测定微小长度、光的波长、透明体的折射率等。
后人利用该仪器的原理,研究出了多种专用干涉仪,这些干涉仪在近代物理和近代计量技术中被广泛应用。
1.干涉仪的光学结构迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图1与2所示。
M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜,M1的位置是固定的,M2可沿导轨前后移动。
G1、G2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板,与M1、M2均成45°角。
G1的一个表面镀有半反射、半透射膜A,使射到其上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光;G1称为分光板。
当光照到G1上时,在半透膜上分成相互垂直的两束光,透射光(1)射到M1,经M1反射后,透过G2,在G1的半透膜上反射后射向E;反射光(2)射到M2,经M2反射后,透过G1射向E。
由于光线(2)前后共通过G1三次,而光线(1)只通过G1一次,有了G2,它们在玻璃中的光程便相等了,于是计算这两束光的光程差时,只需计算两束光在空气中的光程差就可以了,所以G2称为补偿板。
当观察者从E处向G1看去时,除直接看到M2外还看到M1的像M1ˊ。
于是(1)、(2)两束光如同从M2与M1ˊ反射来的,因此迈克尔逊干“形成”的空气薄膜的干涉等效。
反射镜M2的移动采用蜗轮蜗杆传动系统,转动粗调手轮(2)可以实现粗调。
M2移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺(5)上读得。
通过读数窗口,在刻度盘(3)上可读到0.01mm;转动微调手轮(1)可实现微调,微调手轮的分度值为1×10-4mm。
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第十五章 波动光学
M2
M'2 反射镜 M1
d
M1 ⊥ M 2
单 色 光 源 反 射 镜
G1
G2
M2
∆ = 2d
15 - 5 迈克耳孙干涉仪
第十五章 波动光学 当 M1不垂直于M2 时,可形成劈尖 型等厚干涉条纹. 型等厚干涉条纹
M'2
反射镜 M1
单 色 光 源 反 射 镜
G1
G2
M2
15 - 5 迈克耳孙干涉仪
例
第十五章 波动光学
在迈克耳孙干涉仪的两臂中, 在迈克耳孙干涉仪的两臂中,分别插入 长的玻璃管,其中一个抽成真空, l = 10.0cm 长的玻璃管,其中一个抽成真空, 另 一个则储有压强为 1.013 × 10 5 Pa 的空气 , 用以测 设所用光波波长为546nm,实 量空气的折射率 n . 设所用光波波长为 , 验时, 验时,向真空玻璃管中逐渐充入空气 ,直至压强 5 达到 1.013 × 10 Pa 为止 . 在此过程中 ,观察到 107.2条干涉条纹的移动,试求空气的折射率 n . 条干涉条纹的移动, 条干涉条纹的移动 解
∆1 − ∆2 = 2 ( n − 1)l = 107 .2 λ
−7
107.2λ 107.2 × 546 ×10 cm = 1+ n = 1+ 2l 2 ×10.0cm
= 1.00029
第十五章 波动光学
迈克尔孙干涉仪的主要特性 两相干光束在空间完全分开, 两相干光束在空间完全分开,并可用移动反射镜 或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差. 或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差
M'2 M1
移动反射镜
d
∆d
∆d = k
M1
λ
2
干涉 条纹 移动 数目
G1
G2
M2
移 动 距 离
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第十五章 波动光学 光程差
M'2 M1
d
∆ = 2d
插入介质片后光程差
n
G1
G2
e
M2
∆ ' = 2d + 2(n − 1)e
光程差变化
∆ λ
干涉条纹移动数目
∆k λ e= ⋅ n −1 2
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15 - 5 迈克耳孙干涉仪
一 迈克耳孙干涉仪 反射镜 M1
第十五章 波动光学
M1 ⊥ M 2
M 1 移动导轨
单 色 光 源 分光板 G 1 补偿板 G 2 成 45 角
0
反 射 镜
M2
G 1 //G
2
与 M 1, M 2
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第十五章 波动光学
15 - 5 迈克耳孙干涉仪