迈克耳孙干涉仪 光学课件

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总结
• 实验原理：分振幅薄膜干涉原理 • 实验应用：测波长、长度、光源相干长度、
物质折射率、光谱线精细结构的研究等。 • 要求：会解释一些应用原理
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由于激光技术的发展，在激光技术方面有了很高的精确度。根据1983年 10月召开的国际计量大会决定，1m的长度确定为在真空中的光速在 1/29979458 s通过的距离。根据这个定义，光速的这个数值是个确定值，而 不再是一个测量值了。
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• 讲述示例
〔时例，〕看迈到克条耳纹孙移干动涉仪的M数1目的为反9射09镜个移，动设0光.25为m垂m 直入射，求所用光源的波长。
环。所以数出视场中移过的明条纹数△N ，就可算出M1平移的距离。 2 △h= △N λ
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仪器的应用
迈克耳孙干涉仪的主要优点是它光路的两臂分的
很开，便于在光路中安置被测量的样品.而且两束相干 光的光程差可由移动一个反射镜来改变，调节十分容 易，测量结果可以精确到与波长相比拟。所以应用广 泛。
解:因 i2=0 则① 2h=jλ
② 2h′=j′λ
②式-①式得：2（h′- h）=( j′- j) λ 即2△h = △jλ
λ= 2△h/△j=2╳0.25╳10-3m/909=550nm
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应用二：测空气折射率
M1
D
S G1 G2
A
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•
气压表
使小气室的气压变化△P ，从而使 气体折射率改变△n ，（因而光经 小气室的光程变化2D △n ），引起 干涉条纹“吞”或“吐” △ N条。 则有:
2D︱△n︱= △N λ
打气皮囊 ︱△n︱=△N λ /2D ①
理论证明，在温度和湿度一定的条
件下，当气压不太大时，气体折射
M2
率的变化量△n与气压的变化量△P 成正比：
(n-1)/P= △n/︱△P︱＝常数
n=1+ (△N λ /2D)(P/︱△P︱) ②
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启发思考：如何用迈克耳孙干涉仪测光源的相干 长度、光谱线精细结构，及温度、压力对光传 播的影响等。
§1-9 迈克耳孙干涉仪
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迈克耳孙干涉仪的历史作用
• 迈克耳孙和他的合作者利用这种干涉仪进行测 “以太风”、光谱线精细结构的研究和用光波标 定标准米尺等实验，为近代物理和近代计量技术 作出了重大贡献，为此，迈克耳孙获得1907年诺 贝尔物理学奖。
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迈克耳孙干涉仪实体图
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2hcosi2= (2j+1)λ/2 相消 （j=0,1,2,3,…）
• 若M1和M2不垂直时，在A处可获得近似直线的等厚干涉 条纹。
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迈克耳孙干涉仪的干涉花样
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中心点的亮暗完全由h确定，当2h=j λ即h=j λ/2时，中心为亮点.当h
值每改变λ /2时，干涉条纹变化一级。换言之M1 、M2’ 之间的距离每 增加（或）减少λ/2 ，干涉条纹的圆心就冒出（或缩进）一个干涉圆
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迈克耳孙干涉仪光路图
M1
M
′
2
p L1
a
S
b
b1
a1
p
G1
G2
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L2
FA
F
a2 b2
M2
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迈克耳孙干涉仪光路图
M1
M
′
2
p L1
a
S
/7/6
L2
FA
F
a2 b2
M2
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• 若M1和M2垂直时，在A处可获得同心圆形的等倾干涉条 纹。
jλ
相长
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仪器基本原理
迈克耳孙干涉仪是根据光的等倾干涉原理
制成的一种精密干涉仪。
光路图如下：从单色光源S发出的平行光 束ab，以45°的入射角射到背面为半透明表面 的平面玻璃板G1上，该板把入射光束分成强度 几乎相等的反射光束a1b1和透射光束a2b2。这两 束光分别经分光板G1和 G2的反射和透射最后经 测微目镜会聚于焦点A处发生干涉。
它可用于精密测定样品长度和媒质折射率，研究光 谱的精密结构等。现在迈克耳孙干涉仪的各种变型很 多，它们在光学仪器制造工作中常用于对平板、棱镜、 反射镜、透镜等各种元件作质量检测。
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应用一
• 1892年，迈克耳孙用他的干涉仪最先以光的波长测定了
国际标准米尺的长度。用镉蒸汽在放电管中发出的红色谱 线来量度米尺的长度，在温度为15℃,压强为1atm高的干 燥空气中，测得1m=1553，163.5倍红色镉光波长，或： 红色镉光波长λ0=643.8472（nm）