迈克尔逊干涉仪的调节与使用 演示文稿

i i i
n1 n
M
三、实验测量原理
在迈克尔逊干涉仪中产生的 干涉相当于厚度为d 的空气薄膜所 产生的干涉，当M1与M2垂直时， 即M1与M2′平行时，可以观察到等
1 1' G G' 2 2' 2' 1' d M'2（M2的像） M1
倾干涉条纹。中心处两束相干光 的光程差为：
S
M2
δ = 2d
三、实验测量原理
思
考
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪还有没有其它的用途？
迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样 品，由条纹的变化测量有关参数，精度高。
两臂中放入空气柱，根据气压与空气密度 的关系，根据条纹的移动，测量空气密度与 空气折射率的关系。
思
考
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪还有没有其它的用途？
调出白光干涉条纹 （产生条件？如何调节？） 在光路中加入透明薄膜，移动动镜，重新 调出干涉条纹，根据动镜移动距离，推算 出薄膜折射率。 在光路中加入空气柱 ，将空气柱逐渐抽 真空， 根据干涉条纹的吞吐个数，推算 出空气折射率。
问题 1
迈克尔逊干涉仪
动镜移动时，条纹变化有何规律？
光程差减小，条纹陷入； 光程差增大，条纹冒出。
问题 2
迈克尔逊干涉仪
动镜移动时，条纹清晰度变化有何规律？
光程差减小，清晰度提高； 光程差增大，清晰度减小。
问题 3
条纹清晰度变化产生原因？
迈克尔逊干涉仪
钠黄光存在两种波长成分。
根据条纹清晰度近周期变化 测量钠黄光波长差
∆B =
0.0001 mm , 3
∆ = ∆A 2 + ∆B 2
再计算λ的不确定度∆λ
2 ∆λ = ∆ ∆k
∆k = 50
五、实验注意事项
• • • • • • • • 必须了解仪器的操作和使用方法后方才可开始实验。
迈克尔逊干涉仪
为了使测量结果正确，必须避免引入空程，应将手轮按原方向转几圈，直到 干涉条纹开始均匀移动后，才可测量。 在调节和测量过程中，一定要非常细心和耐心，转动手轮时要缓慢、均匀， 切忌用力过猛。 轻拿轻放，避免使光学仪器或元件受到冲击或震动、摔落。 切忌用手触摸元件的光学表面，应拿取磨砂面或边缘。 不能对着光学元件说话、咳嗽、打喷嚏。 绝对不许用手触摸各光学元件，光学表面有灰尘或污痕，可用镜头纸、丙酮 进行处理，切忌用手、衣服等。 实验完毕，数据经检查后方可拆除光路，整理仪器，一切复位。
2 2 2 1
Hale Waihona Puke λ2n1S 1 i A
γ
P 2 D i 3 C e B L
λ
2
2
= 2e n − n ⋅ sin i +
λ 2k 2 ∆= 2( k + 1 ) λ 2
λ
2
n2
n1
( k = 1 ,2 , ......) ( k = 0 ,1 ,2 , ......)
加强 明纹 减弱 暗纹
四、实验数据要求
每间隔50条条纹记录数据
d1
迈克尔逊干涉仪
d2
∆d
∆d
1 2 3 4 5 6 7
2 ∆d λ= ∆k
∆k = 50
四、实验数据要求
简单求解不确定度
先计算∆d的不确定度∆
迈克尔逊干涉仪
( ∆d 1 − ∆ d )2 + ( ∆ d 2 − ∆ d )2 + L + ( ∆ d 7 − ∆ d )2 mm ∆A = 7 × (7 − 1 )
三、实验测量原理
2 干涉条纹的级次k仅与倾角i 有
迈克尔逊干涉仪
∆ = 2e n − n ⋅ sin i +
2 2 2 1 2
λ
关，点光源S发出的光线中，具有
a' a b b'
P L
同一倾角的反射光线会聚干涉，形 成同一级次圆环形干涉条纹，称为
S
等倾干涉条纹。 条纹中心处，入射角i=0 λ ∆ = 2 en2 + 2 对应条纹级次最高。
迈克尔逊干 涉仪 系列实验
一、实验目的及要求
• 加深干涉原理的理解；
迈克尔逊干涉仪
• 迈克尔逊干涉仪的结构、调整和使用方法；
• 测量钠光波长及钠黄光波长差； • 利用白光干涉测量薄膜折射率； • 空气折射率的测定。
二、实验仪器
迈克耳逊干涉仪的历史背景
迈克尔逊干涉仪
迈克耳逊（Albert Abrham Michelson ,1852 -1931），著 名的实验物理学家。因其在光学精密仪器、光谱学与计量 学研究所作的贡献于1907年获诺贝尔物理学奖。 1883年美国物理学家迈克耳逊和莫雷合作，为研究 “以太”漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。实验 结果否定了以太的存在，解决了当时关于“以太”的争论， 并为爱因斯坦发现相对论提供了实验依据。
二、实验仪器
迈克尔逊干涉仪 观察孔
迈 克 尔 逊 干 涉 仪
板
分光板
光源
反射镜M 反射镜 1
反射镜M 反射镜 2
三、实验测量原理
等倾干涉原理 (n2 >n1，薄膜上下表面平行) ，薄膜上下表面平行)
迈克尔逊干涉仪
2与3的光程差为：
∆ = n2 ( AB + BC ) − n1 AD +
= 2en2 cos γ +
若中心处为明条纹，则
迈克尔逊干涉仪
δ 1 = 2d = k 2 λ 若改变反射镜的位置，使 中心仍为明条纹，则 δ 2 = 2( d + ∆d ) = k 2 λ
1 ∆d = ( δ 2 − δ 1 ) 2 1 1 = ( k 2 − k1 )λ = ∆kλ 2 2 2 ∆d λ= ∆k
只要测出干涉仪中M1移动的距 离∆d,并数出相应的“吞吐”环 数∆k,就可求出λ.