高中物理竞赛(光学)光的干涉(含真题)迈克耳逊干涉仪(共11张ppt)
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2020高中物理学奥林匹克竞赛
光学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
12-6 迈克耳逊干涉仪
一、迈克耳逊干涉仪
光束2′和1′发生干涉 若M1、M2平行
等倾条纹
若M1、M2有小夹角 等厚条纹
若条纹为等厚条纹，M1平移d 时，干涉条移过N条，则有：
应用：
M2 M1
2
G1 G2 M1
S
1
半透半反膜 2 1
d N
2
微小位移测量
测折射率
例.在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长
的玻璃管 A、B ，其中一个抽成真空，另一个在充
以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移 动，所用波长为546nm。求空气的折射率？（18联 赛模拟改编）
M1
A M2
S
B
M1
解：设空气的折射率为 n
2nl 2l 2l(n 1) S
Hale Waihona Puke Baidu
0
L 称波列长度L为相干长度。
L
波列长度L=c，其中 为发光持续时间。 称为相干时间。
1
频率宽度
L c c 2
时间相干性由光源的性质决定。
氦氖激光的时间相干性远比普通光源好。
钠Na 光， 波长589.6nm，相干长度 3.4~10-2m 氦氖激光 ，波长632.8nm，相干长度 40 ~102m
A M2
B
相邻条纹或说条纹移动一条时，对
应光程差的变化为一个波长，当观
察到107.2 条移过时，光程差的改变
量满足：
2l(n 1) 107.2 迈克耳逊干涉仪的两臂
中便于插放待测样品，
n 107.2 1 1.0002927 由条纹的变化测量有关
2l
参数。精度高。
二、光源的非单色性对干涉条纹的影响 （光场的时间相干性） 光总是包含一定波长范围，范围内每一个波长的 光均匀形成各自的一套干涉条纹。
I
O
x
对于谱线宽度为的单色光，干涉条纹消失的
位置满足
kc ( ) ( kc 1 )
kc ( ) ( kc 1 )
kc
与该干涉级kc对应的光程差c，就是实现最大光程差
c
kc(
)
2
2
光的单色性（即的宽度）决定了能产生清晰干涉
条纹的最大光程差
来自于原子辐射发光 的时间有限，所以波 列有一定的长度L。
光学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
12-6 迈克耳逊干涉仪
一、迈克耳逊干涉仪
光束2′和1′发生干涉 若M1、M2平行
等倾条纹
若M1、M2有小夹角 等厚条纹
若条纹为等厚条纹，M1平移d 时，干涉条移过N条，则有：
应用：
M2 M1
2
G1 G2 M1
S
1
半透半反膜 2 1
d N
2
微小位移测量
测折射率
例.在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长
的玻璃管 A、B ，其中一个抽成真空，另一个在充
以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移 动，所用波长为546nm。求空气的折射率？（18联 赛模拟改编）
M1
A M2
S
B
M1
解：设空气的折射率为 n
2nl 2l 2l(n 1) S
Hale Waihona Puke Baidu
0
L 称波列长度L为相干长度。
L
波列长度L=c，其中 为发光持续时间。 称为相干时间。
1
频率宽度
L c c 2
时间相干性由光源的性质决定。
氦氖激光的时间相干性远比普通光源好。
钠Na 光， 波长589.6nm，相干长度 3.4~10-2m 氦氖激光 ，波长632.8nm，相干长度 40 ~102m
A M2
B
相邻条纹或说条纹移动一条时，对
应光程差的变化为一个波长，当观
察到107.2 条移过时，光程差的改变
量满足：
2l(n 1) 107.2 迈克耳逊干涉仪的两臂
中便于插放待测样品，
n 107.2 1 1.0002927 由条纹的变化测量有关
2l
参数。精度高。
二、光源的非单色性对干涉条纹的影响 （光场的时间相干性） 光总是包含一定波长范围，范围内每一个波长的 光均匀形成各自的一套干涉条纹。
I
O
x
对于谱线宽度为的单色光，干涉条纹消失的
位置满足
kc ( ) ( kc 1 )
kc ( ) ( kc 1 )
kc
与该干涉级kc对应的光程差c，就是实现最大光程差
c
kc(
)
2
2
光的单色性（即的宽度）决定了能产生清晰干涉
条纹的最大光程差
来自于原子辐射发光 的时间有限，所以波 列有一定的长度L。