实验7迈克尔逊干涉仪的调整和使用
迈克耳孙干涉仪的调整与使用技巧
迈克耳孙干涉仪的调整与使用技巧迈克耳孙干涉仪(Michelson interferometer)是一种常用的光学仪器,广泛应用于光学测量、干涉实验等领域。
正确的调整和使用迈克耳孙干涉仪对于获得准确的实验结果至关重要。
本文将介绍迈克耳孙干涉仪的调整方法以及使用技巧,帮助读者更好地理解和应用这一仪器。
1. 干涉仪的基本原理迈克耳孙干涉仪是利用光的干涉原理进行测量的仪器。
它由两束光线沿不同路径传播后再次叠加产生干涉,通过观察干涉图案的变化可以获得有关样品或光源的信息。
2. 调整干涉仪的步骤(1)准备工作在调整迈克耳孙干涉仪之前,首先要确保仪器和光源的完好和稳定。
检查干涉仪的光学元件是否清洁,光源是否稳定,确保能够获得高质量的干涉图案。
(2)调整光路通过调整迈克耳孙干涉仪的光路,使得两束光相干,达到干涉的条件。
具体步骤如下:- a. 调整分束镜迈克耳孙干涉仪的分束镜是将光分成两束的关键元件。
调整分束镜的位置和角度,使得两束光线的光程差尽量为零。
- b. 调整反射镜调整迈克耳孙干涉仪的反射镜位置和角度,使得两束光线重新叠加时能够产生明亮的干涉条纹。
通过微调反射镜的位置和角度,使得干涉图案更加清晰和明亮。
(3)干涉图案的观察与调整在调整好光路之后,需要观察干涉图案,并进行调整以获得最佳的观察效果。
根据实验需求,通过微调分束镜和反射镜的位置和角度,调整干涉图案的大小、亮度和清晰度。
3. 干涉仪的使用技巧(1)保持稳定在使用迈克耳孙干涉仪进行实验时,保持仪器和光源的稳定非常关键。
避免干涉仪受到外界震动或温度变化的干扰,以确保实验的准确性和可重复性。
(2)校正光程差干涉仪的光程差是影响干涉图案的重要因素。
在实验中,根据需要可以通过微调分束镜或者引入补偿片等方法,校正光程差以获得所需的干涉效果。
(3)避免散射和干涉损失在进行干涉实验时,需要注意避免光线的散射和干涉损失。
合理调整干涉仪的参数,选择合适的光源和滤波器,减少或者消除散射光和多次反射干涉,确保实验结果的准确性。
实验七、迈克尔逊干涉仪的调整与使用
迈克耳逊( Albert Abrham Michelson ,1852 -1931),著名
的实验物理学家,他一生研制 了不少精密仪器,进行了许多 有成效的实验。他设计了至今 仍应用广泛的迈克尔逊干涉仪, 当时用来测定地球相对于以太 的运动,迈克尔逊—莫雷实验 为相对论的建立提供了实验依 据。由于他的杰出成就,荣获 1907年度的诺贝尔物理学奖。
区分镜面间距(d)、光程差(2d)和光程差的变 化(2△d)三个概念,弄清楚它们之间的关系。
思考题
1、在调等倾干涉条纹时,为什么条纹有一 个由直变圆的渐变过程?
2、用迈克尔逊干涉仪观察的等倾干涉条纹 与牛顿环的干涉条纹有何不同?
3、如何用迈克尔逊干涉仪测定通明物体的 折射率?
实验七、迈克尔逊干 涉仪的调整与使用
迈克尔逊干涉仪是对近代物理学和现
代测量技术具有重要影响的光学仪器,掌 握它的调整与使用方法有着重要意义。
主要内容
【实验介绍】 【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验内容】 【实验中需注意的问题】
【实验介绍】
迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光 波振幅的方法实现干涉的精密光学 仪器。其调整和使用具有典型性。
当调节M1使M1与M2相互精确地垂直,在屏幕上可
观察到圆形的等倾干涉条纹,即两镜之间为薄膜干 涉。
等
倾
干
涉 条 纹
M2
M 1'
与 M 2
M2
M1'
M1' 重 合
M2
M2
M 1'
M 1'
迈克耳孙干涉仪光路图
M1
M
迈克尔逊干涉仪的调节与使用
迈克尔逊干涉仪的调节与使用【实验内容】:1. 了解迈克尔逊干涉仪的结构原理并掌握调节方法2. 观察等倾干涉、等厚干涉以及白光干涉现象3. 测量钠双线的平均波长及波长差【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪,其光路如图1所示,它由反射镜M 1、M 2、分束镜P 1和补偿板P 2组成。
其中M 1是一个固定反射镜,反射镜M 2可以沿光轴前后移动,它们分别放置在两个相互垂直臂中;分束镜和补偿板与两个反射镜均成45o ,且相互平行;分束镜P 1的一个面镀有半透半反膜,它能将入射光等强度地分为两束;补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。
光源发出的光经分束镜被分成等强度的两束光1和2,光束1和2分别经反射镜M 2和M 2反射后,再次经分光镜P 1向E 处传播。
由于光束2在传播过程中三次穿过分束镜,而光束1只有一次穿过分束镜。
由于玻璃存在色散,不同波长的光在干涉仪中具不同的光程差,为此,在反射镜M 1和反射镜之间加入一个补偿板,这样光线1同样在相同的玻璃板中穿过三次,使所有波长的光可以同时获得零的光程差,这对于实现白光的干涉是绝对必要的前提。
在单色光入射时,补偿板可以两臂的光程达到完全对称,2.测量钠黄光的平均波长利用迈克尔逊干涉仪的等倾干涉可以测量光的波长,当光程差改变二分之一个波长时,等倾干涉条纹中心就会 冒出 或 缩进 一个条纹。
当 冒出 或 缩进 N 个条纹时,光程差的改变量为2λδN d = 通过干涉仪测量δd 和确定条纹变化的个数N ,就可通过上式得到被测光的波长。
3.测量钠黄光的波长差当两个波长相差不大,且光强基本相同的光同时在迈克尔逊干涉仪上产生等倾干涉时,每个波长的各自产生一套干涉条纹。
很容易想到,这两套干涉条纹在某些光程差下一定出现明暗重叠的现象,这时视场中的干涉条纹的可见度为零。
如果确定了两次相邻可见为零时光程差的改变量δd ,那么两束光的波长差为 图1 迈克尔逊干涉仪光路dd δλδλλδλ221== 【仪器用具】WSM -100迈克尔逊干涉仪、钠灯、白炽灯。
迈克尔逊干涉仪的调整与使用(实验报告)
迈克尔逊干涉仪的调整与使用姓名:赵云专业:班级:学号:实验日期:2007-9-1下午实验教室:5204 指导教师:【实验名称】迈克尔逊干涉仪的调整与使用【实验目的】1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构,学习其调节方法;2.调节非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉条纹,了解非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉的形成条件及条纹特点;3.利用白光干涉条纹测定薄膜厚度。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪(20040151),He-Ne激光器(20001162),扩束物镜【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪图1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图G 1和G2是两块平行放置的平行平面玻璃板,它们的折射率和厚度都完全相同。
G1的背面镀有半反射膜,称作分光板。
G2称作补偿板。
M1和M2是两块平面反射镜,它们装在与G1成45º角的彼此互相垂直的两臂上。
M2固定不动,M1可沿臂轴方向前后平移。
由扩展光源S发出的光束,经分光板分成两部分,它们分别近于垂直地入射在平面反射镜M1和M2上。
经M1反射的光回到分光板后一部分透过分光板沿E的方向传播,而经M2反射的光回到分光板后则是一部分被反射在E方向。
由于两者是相干的,在E处可观察到相干条纹。
光束自M1和M2上的反射相当于自距离为d的M1和M2ˊ上的反射,其中M2ˊ是平面镜M2为分光板所成的虚像。
因此,迈克尔逊干涉仪所产生的干涉与厚度为d、没有多次反射的空气平行平面板所产生的干涉完全一样。
经M1反射的光三次穿过分光板,而经M2反射的光只通过分光板一次,补偿板就是为消除这种不对称性而设置的。
双光束在观察平面处的光程差由下式给定:Δ=2dcosi式中:d是M1和M2ˊ之间的距离,i是光源S在M1上的入射角。
迈克尔逊干涉仪所产生的干涉条纹的特性与光源、照明方式以及M1和M2之间的相对位置有关。
2.等倾干涉如下图所示,当M2与M1严格垂直,即M2ˊ与M1严格平行时,所得干涉为等倾干涉。
干涉条纹为位于无限远或透镜焦平面上明暗的同心圆环。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
迈克尔逊干涉仪的调节和使用迈克尔逊干涉仪是光学实验中一种重要的仪器,它的原理是基于干涉现象来测量长度、速度、折射率等物理量。
因此,正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪对于实验结果的准确性和可靠性至关重要。
一、调节步骤1、粗调:首先调整干涉仪的粗调旋钮,使干涉条纹大致对称。
2、细调:然后调整干涉仪的细调旋钮,使干涉条纹更加清晰、对称。
具体步骤如下:(1)将光源对准干涉仪的入射缝,调整干涉仪的三个脚螺旋,使干涉条纹出现在视野中。
(2)调节干涉仪的粗调旋钮,使干涉条纹大致对称。
(3)调节干涉仪的细调旋钮,使干涉条纹更加清晰、对称。
可以通过观察干涉条纹的移动方向和距离来判断调节是否正确。
(4)重复以上步骤,直到干涉条纹完全对称、清晰。
二、使用注意事项1、保持干涉仪的清洁,避免灰尘和污垢进入干涉仪内部。
2、在调节过程中,要轻拿轻放,避免损坏干涉仪的精密部件。
3、在使用过程中,要避免过度调节粗调旋钮和细调旋钮,以免损坏干涉仪的调节机构。
4、在记录实验数据时,要保证记录的准确性和完整性。
5、在实验结束后,要将干涉仪恢复到初始状态,以便下一次使用。
正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪需要耐心和细心。
只有掌握了正确的调节方法,才能更好地发挥其作用,提高实验的准确性和可靠性。
迈克尔逊干涉仪法测定玻璃折射率迈克尔逊干涉仪是一种精密的光学仪器,其原理基于干涉现象,能够用于测量微小的长度变化和折射率。
本文将介绍如何使用迈克尔逊干涉仪法测定玻璃的折射率。
一、实验原理折射率是光学材料的一个重要参数,它反映了光在材料中传播速度的改变。
迈克尔逊干涉仪法利用干涉现象来测量折射率。
当光线通过不同介质时,其速度和波长都会发生变化,这就导致了光程差的产生。
通过测量光程差,我们可以计算出介质的折射率。
二、实验步骤1、准备实验器材:迈克尔逊干涉仪、单色光源(如激光)、测量尺、待测玻璃片。
2、将单色光源通过分束器分为两束相干光束,一束直接照射到参考镜,另一束经过待测玻璃片后照射到测量镜。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告
迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告一、仪器调节1.调整镜面平行度:首先放置迈克尔逊干涉仪的光源,然后用手将光源移动,调整反射平面镜的角度,使光线在迈克尔逊干涉仪的整个光路中都能自由传播。
2.调整分束镜:使用一张透明的玻璃片将光线分束,再观察平行光束通过分束镜后是否能刚好落在平面镜的表面上,如果不能,则需要调整分束镜的位置,直到两束光线都能够平行而且刚好敲在平面镜上。
3.调整反射镜:迈克尔逊干涉仪中的反射镜有一个活动镜面,需要调整其位置,使两束光线在平面镜上反射时能够准确地再次合成一束光线,从而形成干涉现象。
4.调整干涉条纹:最后,可以在观察屏幕上是否能够清晰地看到干涉条纹,在实验过程中可以适当调整光源的位置或者调整反射镜的倾斜角度,以获得更好的干涉效果。
二、实验使用1.实验准备:首先设置好迈克尔逊干涉仪,并确保调节好仪器,使光线能够正常穿过仪器。
2.实验操作:将待测光源置于迈克尔逊干涉仪的一个光路中,调整干涉仪中的反射镜位置,使干涉条纹清晰。
然后,改变待测光源的位置,测量干涉条纹的移动量,利用已知的反射器间距和探测器移动的距离,可以计算得到光的速度。
3.数据处理:使用测得的数据和已知的仪器参数,进行计算和分析。
根据测得的干涉条纹移动量和已知的反射器间距,利用干涉仪的原理和公式,计算得到光的速度。
5.讨论和结论:根据实验结果,对实验中的不确定因素进行讨论,并得出结论。
如果实验结果与理论值一致,说明测量方法正确并且仪器使用正常;如果存在差异,可以分析差异的原因,并进一步完善实验方法或改善仪器使用的条件。
总之,迈克尔逊干涉仪是一种常见的用于测量干涉现象的仪器,通过调节和使用可以进行光速测量、薄膜厚度测量等实验。
在进行实验操作时,需要注意仪器的准确调节和数据的准确处理,以确保实验结果的可靠性。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验报告班级姓名学号日期室温25.7℃气压102.51KPa 成绩教师实验名称迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】1、了解迈克尔逊干涉仪的工作原理,掌握其调节和使用的方法;2、应用迈克逊干涉仪,测量He-Ne激光器、扩束镜。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜。
【实验原理】迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图所示。
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,因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1´~M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。
当M1 和M2ˊ严格平行时,所得的干涉为等倾干涉。
所有倾角为i的入射光束,由M1和M2ˊ反射光线的光程差△均为△=2dcosiM2平行M1’且相距为d,S发出的光对M2来说,如S’发出的光,而对于E处的观察者来说,S’如位于S2’一样。
又由于半反射膜G的作用,M1如同处于S1’的位置,所以E处观察到的干涉条纹,犹如S1’、S2’发出的球面波,它们在空间处处相干,把观察屏放在E空间不同位置,都可以看到干涉花纹,因此这一干涉为非定域干涉。
如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’的位置上,则可以看到一组同心圆,而圆心就是S1’,、S2’的连线与屏的交点E 。
实验7 迈克尔逊干涉仪的调整与使用
实验7 迈克尔逊干涉仪的调整与使用迈克尔逊干涉仪是一种分振幅的双光束干涉测量仪器,是美国科学家迈克尔逊(A.A.Michelson)于1881年设计制造的一种精密干涉测量仪器,可用于测量光波波长、折射率、物体的厚度及微小长度变化等,其精度可与光的波长比拟。
迈克尔逊干涉仪在历史发展史上起了很大的作用,迈克尔逊及其合作者曾用此仪器做了“以太漂移”实验、用光波波长标定米尺长度、推断光谱精细结构三项著名实验,第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础,第二项实现了长度单位的标准化(用镉红光作为光源标定标准米尺长度,建立了以光波为基准的绝对长度标准),第三项工作研究了光源干涉条纹可见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱。
迈克尔逊和莫雷因在这方面的杰出成就获得了1907年诺贝尔物理学奖。
迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高,其调整和使用具有典型性,根据迈克尔逊干涉仪基本原理发展的精密干涉测量仪器已经广泛应用于生产和科研领域。
因此,了解它的基本结构,掌握其使用方法很有必要。
实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理,掌握其调试方法。
2、学会观察非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及白光干涉条纹。
3、学会用迈克尔逊干涉仪测量激光波长及钠光双线波长差。
实验原理1、迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理图1 迈克尔逊干涉仪结构图2 迈克尔逊干涉仪光路迈干仪由分光镜1G 、补偿板2G 、两反射镜1M 、2M 和观察屏E 组成,分光镜的后表面镀有半透半反射膜,将入射光分成两束,一束透射光1,一束反射光2,这两束光分别被1M 、2M 反射后,经半透半反射膜的反射和透射在观察屏上相遇,由于这两束光是相干光,在屏上干涉产生干涉条纹,其光路如上图所示。
‘2M 是2M 被分光镜反射所成的像,光束1和光束2之间的干涉等效于1M 、‘2M 之间空气膜产生的干涉。
补偿板是一个与分光镜平行放置且材料、厚度完全相同的玻璃板,其作用是补偿两束光使得两束光在玻璃中的光程相等。
实验 迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验迈克尔逊干涉仪的调节和使用迈克尔逊干涉仪是一种用于测量光波长或者光速的仪器。
它的原理是利用光的干涉现象,通过对干涉条纹的观察来确定光波长或光速。
在使用迈克尔逊干涉仪之前,需要对其进行调节和使用。
本文将介绍迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法。
一、迈克尔逊干涉仪的构成迈克尔逊干涉仪由四个主要部分组成,包括光源、分束器、反射镜和接收屏。
其中,光源产生光线,分束器将光线分成两束,反射镜将光线反射并重新合并,接收屏上观察条纹以得到测量结果。
(一)调节分束器1、端口对准:将分束器的两个端口(输入端和输出端)对准迈克尔逊干涉仪的两个端口。
2、校正透镜:将透镜与分束器固定并利用透镜校正分束器的输出光斑。
3、调节分束比:通过微调分束器的输入端镜片的位置来调节分束比。
4、校准光路:检查光路是否正确,包括分束后光线是否平行、目标反射镜是否正对着分束器等等。
(二)调节反射镜1、调整反射镜位置:将反射镜置于正确的位置并垂直于光路。
2、确定反射面度数:通过原理图和求解器确定反射面的度数,比如60度。
3、调节反射镜倾斜度:利用半反射膜来调节反射镜的倾斜度,并通过角度计来检查反射镜是否平行于接收屏。
(三)调节光源1、选择光源:选择一款适合的光源。
2、调整灯丝位置:将灯丝调整到正确的位置,使其照亮整个系统。
3、调节灯丝亮度:通过增减电压来调节灯丝的亮度。
(四)调节接收屏1、确定焦距:通过调节接收屏的距离和位置,找出最合适的焦距。
2、校准位置:将接收屏和反射镜垂直,通过调节位置校准光路。
1、准备工作:确保所有部件都已经开始预热,光线已经稳定。
2、测量方法:打开光源,观察条纹的规律性,通过实验得到测量结果。
3、数据处理:将观察到的条纹照片拍摄下来,进行后续处理,包括调整对比度和亮度以及增加标尺等等。
四、注意事项1、留意温度:因为干涉仪精度较高,所以需要注意外部温度的影响。
2、留意光线:因为干涉仪只能使用单色光线,因此需要注意室内环境的影响。
迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告
迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告引言:迈克尔逊干涉仪是一种常用的光学仪器,被广泛应用于干涉测量、光学相干等领域。
本文将介绍迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告,以帮助读者更好地理解和应用该仪器。
一、实验目的本实验的目的是通过调整迈克尔逊干涉仪的各个部件,使其能够正常工作,并实现干涉现象的观察和测量。
二、实验器材1. 迈克尔逊干涉仪主体:包括光源、分束器、反射镜、反射镜支架等。
2. 干涉图样观察装置:包括目镜、测量尺等。
三、实验步骤1. 调整光源:将光源放置在适当位置,并确保其能够发出稳定的光束。
2. 调整分束器:通过调整分束器的位置和角度,使得从分束器出射的两束光能够平行地照射到反射镜上。
3. 调整反射镜:调整反射镜的位置和角度,使得反射的光能够重新汇聚到分束器上,并形成干涉现象。
4. 观察干涉图样:通过目镜观察干涉图样,调整反射镜的位置和角度,使得干涉条纹清晰可见。
5. 测量干涉现象:使用测量尺等测量工具,对干涉条纹进行测量,以得到干涉现象的具体参数。
四、实验结果与分析经过以上调整步骤,我们成功地调整了迈克尔逊干涉仪,并观察到了清晰的干涉图样。
通过测量尺测量干涉条纹的间距,我们可以得到干涉现象的具体参数,如波长、相位差等。
在实验过程中,我们注意到调整分束器的位置和角度对干涉图样的清晰度和稳定性有很大的影响。
如果分束器位置不准确,会导致干涉图样模糊或消失;如果分束器角度不准确,会导致干涉图样的条纹不清晰。
因此,在调整分束器时需要仔细操作,确保其位置和角度的准确性。
另外,调整反射镜的位置和角度也是关键步骤。
反射镜的位置调整不当会导致干涉图样错位或形成不规则的干涉条纹;反射镜的角度调整不当会导致干涉条纹的强度变化或消失。
因此,在调整反射镜时需要注意细微的调整,并通过目镜观察干涉图样的变化,以达到最佳的调整效果。
五、实验总结通过本次实验,我们成功地调整了迈克尔逊干涉仪,并观察到了清晰的干涉图样。
大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案【全文】
1.简述迈克尔逊干涉仪
(历史作用、应用前景及该实验的重要性)
2.提出本实验目的
3.讲述原理
1)迈克尔逊干涉仪结构及工作原理
2)非定域干涉及激光波长的测量、
3)等倾干涉
4)等厚干涉
5)钠光双线波长差的测量
4. 提问如何观测定域干涉、等倾干涉、等厚干涉、白光条纹及激光波长、钠光双线波长差的测量
1、在迈克尔逊干涉仪上调出非定域干涉和定域干涉条纹
Hale Waihona Puke 2测激光的波长和测钠光双线波长差难点
在迈克尔逊干涉仪上调出非定域干涉和定域干涉条纹
备注
课
堂
教
学
过
程
的
设
计
一、课前的准备(5分钟)
1.仪器设备检查:迈干仪、激光、钠光灯、扩束镜仪器套数及完好情况
2.检查学生预习报告:内容、原理、表格(A、B、C、D四等级)
5.实验内容与要求并强调注意事项
6.讲述仪器使用及注意事项:迈干仪、激光、钠光灯、扩束镜
7.数据记录及数据处理(表格、逐差法)
8.下一次实验内容及预习要求
三、学生实验(100分钟)
实验前30分钟不解答问题,给学生自己理解消化的时间,30分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答.重点辅导。
四、检查数据并签字、检查仪器的整理情况
时间的掌握:留由5分钟机动的时间。
课
后
思
考
题
1.迈克尔逊干涉仪观察到的圆条纹与牛顿环产生的圆条纹有什么不同?
2.什么情况下可以观测到非定域干涉中椭圆、双曲线、直线条纹?
参
考
文
献
1、《大学物理实验》, 张逸民
2.《普通物理实验》, 林抒等编, 高等教育出版社,出版时间 1988年3月
迈克尔逊干涉仪的调整和使用
物理实验中心
干涉条纹
`
主尺
粗动手轮 读数窗口
微动手轮
3 3. 5 2 2 4 6
读数为
3 3 . 5 2 2 4 6 mm
迈克尔逊干涉仪的调节
1.转动粗动手轮,移动反射镜M1 位于大约45毫米到50毫米之间, 将反射镜M2背后的两个螺钉放松,两个拉簧调节螺丝旋至调节范围 中间,即不很松又不很紧。
2.将激光器放在干涉仪左侧,调节激光管垂直于导轨,激光束射 向分光板G1的中心部位,这时在毛玻璃观察屏上就会出现两排光点。 转动激光管聚焦调节轮,使毛玻璃观察屏上呈现最细小的光点。 3.调节M2镜背后的两个螺钉,使两排光点中最亮的两个重合,此 时两个反射镜M1和M2大致互相垂直。 4.将透镜放在激光器与干涉仪之间,使激光束通过透镜照射到分 光板上,这时在毛玻璃观察屏上就会出现干涉条纹。否则,重新进 行步骤2、3的调节。
3.为避免螺旋空转引入误差,在测量前必须调整 零点:使微动手轮和粗动手轮转动方向保持一致,将 微动手轮转至零刻线,并转动粗动手轮对齐读数窗口 中的某一刻度线。调整好零点后,应将微动手轮按调 整零点的方向转动,直到干涉条纹开始均匀变化时, 再沿同一方向转动微动手轮进行单向测量。 4.眼睛不能对着激光束直视。
5.在毛玻璃观察屏上出现干涉条纹的基础上,再仔细调节两个拉 簧螺丝,直到能看到位置适中、清晰的圆环状的干涉条纹。轻轻转 动粗动手轮和微动手轮,可观察到干涉圆环的“吞进”和“吐出”。
注意事项
1.迈克尔逊干涉仪是非常精密的光学仪器,操作 时不能急躁;绝对不许用手触摸各光学元件,也不许 用任何东西擦拭。 2.可在导轨上移动的反射镜M1背后的两个螺钉不 能动。
大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整与使用
实验内容和要求
2. 测钠双线的波长差。
连续记录6次条纹视间度为零的d值,用逐差
法求 d ,计算钠双线的波长差。(已知Biblioteka 05893A)
3. 观察等厚干涉现象 移动M1使圆形条纹变粗、疏,微调M2方位, 观察等厚直线条纹。
实验注意事项
1、保护光学元件的表面。 2、测量时消除螺距差。 3、眼睛不能直视未扩束的激光
实验目的
1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和使用方法。 2、观察等倾和等厚干涉现象。 3、学习用迈克尔逊干涉仪测激光的波长和钠
双线的波长差。
仪器结构
迈克尔逊干涉仪的光路
测激光波长
当M1⊥M2时,形成等倾同 心圆形条纹,圆心处有2d=kλ, 改变d,可见圆心条纹涌出或消 失。测出条纹在圆心处涌出或 消失的条纹数N及M1移动的距 离△d,即可求的波长
2d
N
等倾干涉条纹
测钠双线的波长差
M1⊥M2,移动M1,测出相邻两次条纹 视间度为零时M1移动的距离△d, 钠双线的 波长差
2
2d
等厚直线条纹
M1 与 M 2'有一小角度时,产生平行于两镜交棱的等
厚直线条纹
实验内容和要求
1、测He-Ne激光的波长
记录干涉圆条纹涌出或消失50条时对应的d值, 连续记录12次,用逐差法求 d ;计算He-Ne 激光的波长,与理论值比较,计算相对不确定 度。
实验7迈克尔逊干涉仪的调整和使用
实验7 迈克尔逊干涉仪的调整和使用【实验目的】1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法。
2. 观察等倾干涉,等厚干涉的条纹,并能区别定域干涉和非定域干涉。
3. 测定He-Ne 激光的波长。
【实验仪器】迈克耳逊干涉仪、多光束激光器、叉丝、毛玻璃屏【预习要求】1. 叙述非定域干涉和定域干涉特点及观察方法2.制定观察和测量步骤【研究内容与方法】1. 观察非定域干涉条纹并测量光波波长(1)非定域干涉条纹的调节:为了获得肉眼直接可观察得到的干涉条纹,要求两束相干光的传播方向夹角必须很小,几乎是共线传播。
为此,作如下调节:在He —Ne 激光器前设一小孔光阑,使激光束通过小孔,并经过分光板1G 中心透射到反射镜2M 中心上。
然后调节2M 后面三个螺丝,使光点反射像返回到光阑上并与小孔重合。
再调从1G 后表面反射到1M 的光束,调节1M 后面三个螺丝,使其反射光到达1G 后表面时恰好与2M 的反射光相遇(两光点完全重合),同时两反射光在光阑的小孔处也完全重合。
这样1M 和2M 就基本上垂直即1M 和2M '互相平行了。
去掉光阑,该处放一短焦距的透镜,使激光束会聚成一点光源,这时在屏上就可以看到干涉条纹了,再仔细调节2M 的两个微调拉簧螺钉,使1M 和2M '严格平行,则在屏上就可看到非定域的圆条纹。
转动手轮使1M 在导轨上移动,观察条纹变化情况。
并体会非定域的含义。
(2)测量He —Ne 激光的波长利用非定域的干涉条纹测定波长。
移动1M 以改变d ,记下“冒”出或“缩”进的条纹数N ∆,可每累进50条读取一次数据,连续取10个数据,利用(2)式即可算出λ(参见阅读材料)。
表1 波长测量数据记录与处理表2. 定域干涉条纹的观测(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2M 的微调拉簧螺钉,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。
实验七迈克尔逊干涉仪的调节与使用实验报告
实验七:迈克尔逊干涉仪的调节与使用[实验目的]1.了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理及调节和使用方法。
2.测量单色光He-Ne 激光的波长。
[实验仪器]迈克尔逊干涉仪 H e-Ne激光器 扩束镜[实验原理]光程差为第k 级条纹对应的入射角应满足条件⎪⎩⎪⎨⎧+±=暗纹亮纹 2)12( cos 2λλθk k d k (k = 0,1,2,…) [实验内容]1.迈克尔逊干涉仪的调整(1)先调底脚螺钉使导轨水平,再调M 1使处于主尺30mm-35mm 处,使M 1与M 2到G 1的距离大致相等。
(2)点亮He-Ne 激光器,调节其高度及位置,使光束通过G 1经M 1、M 2反射后落到光屏E 上,呈现两组分立的光斑。
调节M 1和M 2镜的螺钉,改变M 1、M 2的方位,使屏上两组光斑对立重合(主要是最亮两点重合)。
这样M 1′与M 2就大致平行,在视场中就可见到干涉条纹。
2.测定He-Ne 激光波长(1)按前步骤,将扩束后激光束按图2的方向照射到分束板G 1上 ,这时可看到干涉条纹。
(2)仔细调节水平和垂直的拉簧螺钉,使干涉条纹呈圆环状。
(3)沿同一方向转动微调手轮,,沿原方向调至零,再调粗调手轮。
(4)测量时选择能见度较好、中心为亮斑或暗斑的干涉花样,调节微调手轮,当有圆形条纹冒出或湮没几个条纹时记下M 1镜的初始位置读数1d ,继续沿原方向转动微调手轮,调节50个条纹记一次读数2d ,重复此动作,测得7组数据,求得λ。
[实验数据处理]表1 迈克尔逊干涉仪测量数据 测量结果:λ= 7∑i λ= 637.1 nmλ标=632.8nm E r =|λ-λ标|/λ标×100%= 0.7% 测量次数 1 2 3 4 5 6 7 反射镜位置d 1/mm32.26534 31.51226 32.28118 31.54327 30.76345 33.34238 33.56278 反射镜位置d 2/mm32.28136 31.52825 32.29682 31.55939 30.77937 33.35824 33.57876 间距21d d d ∆=- mm0.01602 0.01599 0.01564 0.01612 0.01592 0.01586 0.01598nm 640.8 639.6 624.0 644.8 636.8 634.4 639.2实验分析1.实验结果与激光的标准波长很接近,此仪器的精度很高,测量误差很小。
大学物理实验报告之迈克尔逊干涉仪的调节与使用
迈克尔逊干涉仪的调节与使用、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构原理并掌握调节方法2、观察等厚干涉、等倾干涉以及白光干涉。
3、测量钠双线的波长差。
二、仪器用品迈克尔逊干涉仪,He-Ne多光束光纤激光器。
三、实验原理1、迈克尔逊干涉仪:迈克耳孙干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪,其光路如图所示,它由反射镜M、M、分束镜P和补偿板P组1212成。
其中M是一个固定反射镜,反射镜M可以沿光轴前12后移动,它们分别放置在两个相互垂直臂中;分束镜和补偿板与两个反射镜均成45°,且相互平行;分束镜P的一1 个面镀有半透半反膜,它能将入射光等强度地分为两束补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。
迈克耳孙干涉仪的结构如图所示。
镜M、M的背面各有三12个螺丝,调节M、M镜面的倾斜度,M的下端还附有两个121互相垂直的微动拉簧螺丝,用以精确地调整M的倾斜度。
1M镜所在的导轨拖板由精密丝杠带动,可沿导轨前后移动。
2M镜的位置由三个读数尺所读出的数值的和来确定:主尺、2粗调手轮和微调手轮。
1*14-5-2辺应匚孙卜沙腫1...I'劭型昇-川出世柿沖叶轨沖灯樓山氐川比II.T-帧和黑1」;k训“山射袒.M宀-分他出5M船比〔:川1机IWJMfili孜御LXII-训定乖血;is—flldtj PifcqM-jMttljrJ3M,的术T・|;f板蝉狀:IM盛刑P轮I订一MJ勺忙ll忡.Ji端迂如图所示,多光束激光器提供的每条光纤的输出端是一个短焦距凸透镜,经其会聚后的激光束,可以认为是一个很好的点光源S发出的球面光波。
5'为5经皿及6反射后111所成的像,S'为S经G及M反射后所成的像。
S'和S'21221 为两相干光源,发出的球面波在其相遇的空间处处相干,为非定域干涉,在相遇处都能产生干涉条纹。
空间任一点P的干涉明暗由S'和S'到该点的光程差A=r-r决定,2121 其中r和r分别为S'和S'到P点的光程。
迈克尔逊干涉仪的调整与使用.
干 涉 光 路 原 理 图
分光板把入射光分成两束强度几乎相等的光束(因此迈克 尔逊干涉仪是分振幅干涉),这两束光经过两个平面镜的 反射之后汇集到分光板后面发生干涉,形成干涉条纹(因 此迈克尔逊干涉仪是双光束干涉)。可动平面镜和固定平 面镜的虚像形成了一个薄的空气层,这两束光可以看成是 从该膜的上下底面上方反射回来的。这种干涉现象跟厚度
空气劈尖,则形成等厚干涉条纹------直条纹。 5、如果利用扩展白光源,则可以看到彩色条纹。
【实验内容】
一、调节迈克尔逊干涉仪
粗调:将迈克尔逊干涉仪三个底脚螺丝调平;两个平面 镜后面的调节螺钉松紧适当;镜座上的两个调节 螺钉松紧适当;转动粗调手轮,使两个平面镜到 分光板的距离大致相等。
细调:调节激光器使光束水平,并入射到分光板的中心 且使入射光与反射光基本重合,仔细耐心轻缓的调 节两个平面镜后面的螺钉,使两个平面镜反射到观 察屏上的发光最亮点严格重合,此时在观察屏上能 够看到很小范围的干涉条纹。说明迈克尔逊干涉仪 基本调好。
1、分析并说明迈克耳逊干涉仪中所看到的明暗相 间的同心圆环与牛顿环有何异同?
2、分纹时,如确实用激光已调节
好,改换钠光后,但条纹并未出现,试分析可 能的原因。
再见!
仔细调节镜座上的两个调节螺钉中的一个,使空气膜 变成有一微小夹角的空气劈尖,则可看到直条纹----定 域在薄膜附近的等厚干涉条纹。
三、白光干涉----彩色条纹的观察
换上扩展的白光光源照亮分光板。
自行设计实验步骤,观察彩色条纹。
为什么彩色干涉条纹只能出 现在接近于零的地方? 如何找到这一位置?
【思考与讨论】
二、观察非定域干涉图样并测量He—Ne激光的波长
在He—Ne激光器和分光板之间放上扩束透镜,使发散 的激光束均匀照亮分光板,则在观察屏上看到同心圆环 条纹———这就是点光源形成的非定域干涉条纹。如果 圆心不在屏的中心,应调整镜座上的两个调节螺钉。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用(正式报告)
迈克尔逊干涉仪的调节和使用(正式报告)首先,调节迈克尔逊干涉仪的光源。
一般来说,我们可以使用激光作为光源,因为激光具有单色性和相干性,这有助于获得更清晰的干涉图案。
但是在实验过程中,也可以使用其他光源,只需确保光线的单色性。
接下来,调节迈克尔逊干涉仪的反射镜。
迈克尔逊干涉仪由两个反射镜组成,一个称为固定镜,另一个称为移动镜。
首先,将干涉仪的移动镜移到极端位置,以确保光线可以正常通过反射镜。
然后,在通过逐渐调节移动镜的位置,使得光线尽量垂直反射镜并回到入射方向。
然后,调节迈克尔逊干涉仪的分束镜。
分束镜是将一束光线分为两束的关键部分。
在调节分束镜时,我们需要将光线分成两束,并使其传播的路径相等。
要做到这一点,首先将一个探测器放在一个路径上,然后调整分束镜的位置,使得两束光线能够同时到达该探测器。
在进行实验之前,我们还需要调节探测器。
探测器主要用于检测通过干涉仪的光的干涉图案。
我们需要将探测器调整到最佳位置,以获得清晰的干涉条纹。
通常,探测器会发出一个高频声音,当干涉图案最清晰时,声音会最大。
因此,我们可以通过听觉判断探测器是否被正确调节。
最后,在进行实验时,我们需要注意避免干扰因素。
迈克尔逊干涉仪对环境的稳定性要求较高,应尽量避免振动、温度变化和空气流动等干扰因素。
此外,还需要保持实验室的洁净度,以防止灰尘等杂质影响干涉图案的清晰度。
在实验过程中,还可以通过调整迈克尔逊干涉仪的参数来观察不同的干涉效果。
例如,改变移动镜的位置可以改变干涉条纹的位置和宽度。
调整反射镜的角度也可以改变干涉图案的形状。
通过不断调整这些参数,我们可以得到更多有关光的干涉现象的信息。
综上所述,迈克尔逊干涉仪的调节和使用是实验中非常重要的一步。
通过正确地调节光源、反射镜、分束镜和探测器,以及注意避免干扰因素,我们可以获得准确且清晰的干涉图案,从而得到有关光的干涉现象的有价值的结果。
实验七迈克尔逊干涉仪的调整与使用概要
实验七迈克尔逊干预仪的调整与使用迈克尔逊干预仪在近代物理学的发展中起过重要作用。
十九世纪末,迈克尔逊(Michelson )与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验,标定米尺及推测光谱线精美构造等三项有名的实验。
第一项实验解决了当时对于“以太”的争辩,并为爱因斯坦发现相对论供给了实验依照;第二项工作实现了长度单位的标准化。
迈克尔逊发现镉红线(波长)是一种理想的单色光源。
能够用它的波长作为米尺标准化的基准。
他定义 1m = 155316413镉红线波长,精度达到 10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克尔逊研究了干预条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推测光谱线的精美构造。
这是干预分光技术的最早工作。
今日,迈克尔逊干预仪已被更完美的现代干预仪代替,比如米尺的标定及干预分光工作已改用法布里——珀罗干预仪。
但迈克尔逊干预仪的基本构造仍旧是很多现代干预仪的基础。
所以采用它作为教课实验仪器无疑是拥有典型意义的。
【实验目的】1.掌握迈克尔逊干预仪的调理和使用方法。
2.学会用迈克尔逊干预仪测He-Ne 激光波长。
【实验仪器】迈克尔逊干预仪迈克尔逊干预仪是用分振幅法获取双光束干预的精美仪器,它主要由两块相互垂直的平面镜 M 1 ,M 2,两块平行平面玻璃板 P 1, P 2 和相关调理、读数机构构成。
两块平面镜 M 1M 2 安置在两个相互垂直的臂上,此中 M 1 是固定的, M 2 可沿精美导轨前后移动。
其地点可由毫米刻度尺、读数窗及细调手调手轮刻度结合读出。
M 1,M 2 的背后各有三个顶紧螺钉,用以调理镜面的方位。
M 1 镜下方还有两个微调螺丝可对 M 1 的方向进行微调。
两块平行平面玻璃是用同一块玻璃研磨好再切割成两块的,所以其折射率、厚度均同样。
P 1 称分束板,其反面镀有一层半反半透膜;P 2称赔偿板。
P 1、P 2 相互平行,且与 M 1 、M 2 成 45°角,如图 7-1 所示。
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实验7 迈克尔逊干涉仪的调整和使用【实验目的】1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法。
2. 观察等倾干涉,等厚干涉的条纹,并能区别定域干涉和非定域干涉。
3. 测定He-Ne 激光的波长。
【实验仪器】迈克耳逊干涉仪、多光束激光器、叉丝、毛玻璃屏【预习要求】1. 叙述非定域干涉和定域干涉特点及观察方法2.制定观察和测量步骤【研究内容与方法】1. 观察非定域干涉条纹并测量光波波长(1)非定域干涉条纹的调节:为了获得肉眼直接可观察得到的干涉条纹,要求两束相干光的传播方向夹角必须很小,几乎是共线传播。
为此,作如下调节:在He —Ne 激光器前设一小孔光阑,使激光束通过小孔,并经过分光板1G 中心透射到反射镜2M 中心上。
然后调节2M 后面三个螺丝,使光点反射像返回到光阑上并与小孔重合。
再调从1G 后表面反射到1M 的光束,调节1M 后面三个螺丝,使其反射光到达1G 后表面时恰好与2M 的反射光相遇(两光点完全重合),同时两反射光在光阑的小孔处也完全重合。
这样1M 和2M 就基本上垂直即1M 和2M '互相平行了。
去掉光阑,该处放一短焦距的透镜,使激光束会聚成一点光源,这时在屏上就可以看到干涉条纹了,再仔细调节2M 的两个微调拉簧螺钉,使1M 和2M '严格平行,则在屏上就可看到非定域的圆条纹。
转动手轮使1M 在导轨上移动,观察条纹变化情况。
并体会非定域的含义。
(2)测量He —Ne 激光的波长利用非定域的干涉条纹测定波长。
移动1M 以改变d ,记下“冒”出或“缩”进的条纹数N ∆,可每累进50条读取一次数据,连续取10个数据,利用(2)式即可算出λ(参见阅读材料)。
表1 波长测量数据记录与处理表2. 定域干涉条纹的观测(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2M 的微调拉簧螺钉,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1M 观察条纹变化情况。
(2) 等厚条纹移动1M 和2M '大致重合,调节射2M 后面的螺丝使射1M 和2M '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。
【数据处理】1. 应用逐差法处理数据。
2. 写出)(-±=λλλS 的结果表达式。
3. 详细记录观测过程与结果。
【阅读材料】迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生双光束以实现干涉的一种仪器。
迈克尔逊(1852-1931年)研制并与其合作者用此仪器进行了三项著名的实验,即测量光速、标定米尺及推断光谱线精细结构。
迈克尔逊运用它进行了大量的反复的实验,动摇了经典物理的以太说,为相对论的提出奠定了实验基础。
该仪器设计精巧,用途广泛,不少其它干涉仪均由此派生出来,是许多近代干涉仪的原型。
迈克尔逊也因发明干涉仪和光速的测量而获得1907年的诺贝尔物理学奖。
目前,迈克尔逊干涉仪仍被广泛地应用于长度精密计量和光学平面的质量检验(可精确到十分之一波长左右)及高分辨率的光谱分析中。
1.迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的构造如图17-1。
其主要由精密的机械传动系统和四片精细磨制的光学镜片组成。
1G 和2G 是两块几何形状、物理性能相同的平行平面玻璃。
其中1G 的第二面镀有半透明铬膜,称其为分光板,它可使入射光分成振幅(即光强)近似相等的一束透射光和一束反射光。
2G 起补偿光程作用,称其为补偿板。
1M 和2M 是两块表面镀铬加氧化硅保护膜的反射镜。
2M 是固定在仪器上的,称其为固定反射镜,1M 装在可由导轨前后移动的拖板上,称其为移动反射镜。
迈克尔逊干涉仪装置的特点是光源、反射镜、接收器(观察者)各处一方,分得很开,可以根据需要在光路中很方便的插入其它器件。
1M 和2M 镜架背后各有三个调节螺丝,可用来调节21M M 和的倾斜方位。
这三个调节螺丝在调整干涉仪前均应先均匀地拧几圈(因每次实验后为保证其不受应力影响而损坏反射镜都将调节螺丝拧松了),但不能过紧,以免减小调整范围。
同时也可通过调节水平拉簧螺丝与垂直拉簧螺丝使干涉图像作上下和左右移动。
而仪器水平还可通过调整底座上三个水平调节螺丝来达到。
1.主尺2.反射镜调节螺丝3.移动反射镜M 14.分光板G 15.补偿板G 26.固定反射镜M 27.读数窗8.水平拉簧螺钉9.粗调手轮10.屏 11.底座水平调节螺丝图17-1确定移动反射镜M 1的位置有三个读数装置:(1) 主尺——在导轨的侧面,最小刻度为毫米,如图17-2:图 17-2(2) 读数窗——可读到0.01mm ,如图17-3:图17-3(3) 带刻度盘的微调手轮,可读到0.0001mm ,估读到105 mm ,如图17-4:图 17-42.迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路如图17-5。
图17-5光源上一点S 发出的一束光线经分光板1G 而被分为两束光线(1)和(2)。
这两束光线分别射向互相垂直的全反射镜21M M 和,经21M M 和反射后又汇于分光板1G ,这两束光再次被1G 分束,它们各有一束按原路返回光源(设两光束分别垂直于1M 、2M ),同时各有一束光线朝E 方向射出。
由于光线(1)和(2)为两相干光束,因此我们可在E 的方向观察到干涉条纹。
2G 为补偿板,它的引进使两束相干光的光程差完全与波长无关(由于分光板1G 的色散作用,光程是λ的函数,因此作定量的检测时,没有补偿板的干涉仪只能用准单色光源,有了补偿板就可消除色散的影响。
即使是带宽很宽的光源也会产生可分辨的条纹),且保证了光束(1)和(2)在玻璃中的光程完全相同,因而对不同的色光都完全可将2M 等效为2M '。
在图33-2中,2M '是反射镜12G M 被反射所成的虚像。
从E 处看两相干光是从21M M '和反射而来。
因此在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉与21M M '间空气膜所产生的干涉是一样的。
3. 点光源产生的非定域干涉用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源,它向空间发射球面波,从21 M M 和反射后可看成由两个光源21S S 和发出的(见图17-6),)(21S S 或至屏的距离分别为点光源S 从)(1211G M M G 和或和反射在至屏的光程,21S S 和的距离为之间和21M M '距离d 的二倍,即2d 。
虚光源21S S 和发出的球面波在它们相遇的空间处处相干,这种干涉是非定域干涉。
如果把屏垂直于21S S 和的连线放置,则我们可以看到一组组同心圆,圆心就是21S S 和连线与屏的交点。
图 17-6如图17-6,由21S S 到屏上的任一点A ,两光线的程差L 可得:δcos 2d L = (1)由式(1)可知:(1)当0=δ 时程差最大,即圆心E 点所对应的干涉级别最高。
当移动21M M 的距离d 增大时,圆心干涉级数越来越高,我们就可以看到圆条纹一个一个从中心“冒”出来,反之当d 减小时,圆条纹一个一个地向中心“缩”进去。
每当“冒”出或“缩”进一条条纹时,d 就增加或减小2λ,所以测出“冒出”或“缩进”的条纹数目N ∆,由已知波长λ就可求得1M 移动的距离,这就是利用干涉测长法;反之,若已知1M 移动的距离,则就可求得波长,它们的关系为:2λN d ∆=∆ (2)(2)d 增大时,程差L 每改变一个波长λ所需的δ的变化值减小,即两亮环(或两暗环)之间的间隔变小。
看上去条纹变细变密。
反之d 减小,条纹变粗变稀。
4. 扩展的面光源产生的定域干涉当光源为扩展光源时,干涉条纹都有一定的位置。
这种干涉称为定域干涉。
对于定域干涉中等倾干涉条纹,定位于无穷远,而定域干涉中的等厚干涉条纹,定位于镜面附近(亦即薄膜干涉中的薄膜表层附近)。
(1) 等倾干涉当1M 和2M '互相平行时,入射角为δ的光线经21 M M '和反射成为(1)和(2)两束光(图17-7),(1)和(2)互相平行,两光束的光程差为:δδδδδδδcos 2)cos sin cos 1(2sin 2cos 22d d dtg d ADCB AC L =-=⋅-=-+= (3)图17-7所以,在d 一定时,光程差只决定入射角δ。
如在E 处放一会聚透镜,并在其焦平面上放一屏,则在屏上可看到一组同心圆。
而每个圆相应于一定的倾角,其产生干涉的平面是会聚透镜的后焦面。
和非定域干涉类似,干涉级别以圆心最高,当d 增加时,圆环从中心“冒”出,当d 减小时,圆环从中心“缩”进。
(2) 等厚干涉当1M 和2M '有一很小角度时(如图17-8)。
1M 和2M '之间形成楔形空气薄层,就会出现等厚干涉条纹。
等厚干涉纹定域在镜面附近,如用眼睛观察,眼睛必须聚焦在镜面附近。
图17-8经过1M 和2M '镜反射的光线,其光程差仍可近似地表; δcos 2d L = (4)但在镜1M 和2M '相交处附近,d 很小时,光程差L 的变化主要决定于d 的变化,δcos 项影响很小,可忽赂不计,因此可观察到直线条纹。
当d 变大时,δcos 的变化不能忽略,此时将引起干涉条纹的弯曲,以增加d (或减小d )来弥补因δ增大(或弥补因δ减小)而引起的L 减小(或增大),所以看到的条纹是二端弯向厚度增加(或减小)的方向,即条纹凸向厚度减小(或增加)的方向。
5. 相干长度从理论上讲,单色的点光源发出的光经干涉仪后总是能够产生干涉现象的。
然而实际上并不如此。
在迈克尔逊干涉仪中,如果1M 和2M '之间的距离超过一定限度时就观察不到干涉条纹。
为了简单起见,考虑δ=0的情况,此时光程差d L 2=,我们不断增加d ,当d 增加到某一个值m ax d 时我们就看不见干涉现象,这个最大的光程差m ax L =2m ax d 叫做该光源的相干长度。
不同的光源有不同的相干长度,反映了光源相干性的好坏。
光源的单色性越好,相干长度越长。
单模He —Ne 激光器发出的632.8nm 的激光单色性很好,相干长度有几米到几十米范围。
而钠光相干长度只有几个厘米,白光相干长度则只有波长数量级。