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浙江理工大学物理实验中心

浙江理工大学物理实验中心. 迈克尔逊干涉仪的调节与使用. 光学实验的注意事项. 必须在了解仪器的使用方法和操作要求后才能使用仪器； 仪器应轻拿、轻放，勿受震动； 不准用手触摸仪器的光学表面； 光学表面如有灰尘，可用橡皮球将灰尘吹去。切不可用其他任何物品擦拭； 仪器用完后，应放回原处，摆放整齐，关掉电源，经检查后方可离开； 光学仪器均属精密仪器，实验中应特别爱护； 爱护实验室设施，保持实验室卫生。. 迈克尔逊干涉实验.  迈克尔逊 简介.  历史背景及意义.  实验装置.  实验原理.  数据处理.  实验内容及操作步骤.  思考与讨论.

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Presentation Transcript

  1. 浙江理工大学物理实验中心 迈克尔逊干涉仪的调节与使用

  2. 光学实验的注意事项 • 必须在了解仪器的使用方法和操作要求后才能使用仪器； • 仪器应轻拿、轻放，勿受震动； • 不准用手触摸仪器的光学表面； • 光学表面如有灰尘，可用橡皮球将灰尘吹去。切不可用其他任何物品擦拭； • 仪器用完后，应放回原处，摆放整齐，关掉电源，经检查后方可离开； • 光学仪器均属精密仪器，实验中应特别爱护； • 爱护实验室设施，保持实验室卫生。

  3. 迈克尔逊干涉实验 迈克尔逊简介 历史背景及意义 实验装置 实验原理 数据处理 实验内容及操作步骤 思考与讨论

  4. 迈克尔逊简介 阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊（Albert Abrahan Michelson）因发明精密光学仪器和借助这些仪器在光谱学和度量学的研究工作中所做出的贡献，被授予了1907年度诺贝尔物理学奖。 迈克尔逊童年随父母随居美国。受旧金山男子中学校长的引导，迈克尔逊对科学特别是光学和声学发生了兴趣，并展示了自己的实验才能。 1869年被选拔到美国安纳波利斯海军学院学习。毕业后曾任该校物理和化学讲师。 1880～1882年被批准到欧洲攻读研究生，先后到柏林大学、海德堡大学、法兰西学院学习。 1883年任俄亥俄州克利夫兰市开斯应用科学学院物理学教授。 1889年成为麻省伍斯特的克拉克大学的物理学教授，在这里着手进行计量学的一项宏伟计划。 1892年改任芝加哥大学物理学教授，后任该校第一任物理系主任，在这里他培养了对天文光谱学的兴趣。 1910～1911年担任美国科学促进会主席。 1923～1927年担任美国科学院院长。 1931年5月9日因脑溢血于加利福尼亚州的帕萨迪纳逝世，终年79岁。

  5. 历史背景及意义 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。以后，迈克尔逊又用它作了两个重要实验，首次系统地研究了光谱线的精细结构，以及直接将光谱线的波长与标准米尺进行比较，实现了长度单位的标准化。 　 今天,迈克尔逊干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代 ,例如米尺的标定及干涉分光工作已改用法布里－帕罗干涉仪。但迈克尔逊干涉仪的基本结构仍然是许多干涉仪的基础。目前根据迈克尔逊的基本原理研制的各种精密仪器广泛用于生产和科研领域。

  6. 实验原理 1、光路原理 G1为分光板，G2为补偿板，M1、M2为平面反射镜。G1与M1、M2均成45°角。

  7. 2、干涉原理 点光源产生的非定域干涉 ①非定域干涉的物理意义是什么？ ②光程差 具有相同光程差的点形成同一 干涉条纹，所以干涉图样为一组 同心圆。

  8. 3、波长的测量 对K级明条纹有： 当K值一定时： e减少， 增大， 减少，条纹“缩进”， e增大， 减少， 增大，条纹“冒出”。

  9. 中心条纹： ，此时干涉级次最大。 e每增大条纹改变一级。若改变N个条纹（“冒出”或 “缩进”N个条纹），两平面镜M1M2间距改变

  10. 实验装置

  11. 实验内容及操作步骤 1.观察非定域干涉现象 （1）使He-Ne激光束大致垂直M2。 （2）调节M2背面的三个螺钉，使两排的两个最亮的光点大致叠合，此时M1和M2大致垂直。 （3）调节M2镜座下两个微调螺钉，直至看到圆心在视场中央，清晰的圆状干涉条纹。如果使用微调螺钉，看不到清晰条纹，可再仔细微调M2镜三个螺钉，使条纹逐渐清晰，然后调微调螺钉。 (4)转动微动手轮，使M1镜前后移动，可看到条纹“冒出”或“缩进”。

  12. 2.测量He-Ne激光的波长 （1）系统零点调整 （2）按调整仪器零点时手轮旋转方向，继续轻缓转动微动手 轮，使环心是一暗纹或明纹，记下这时M1的起始位置e。。 （3）慢慢转动微动轮，可观察到条纹一个一个地“冒出”或“缩进”，每当“冒出”或“缩进”N=50个圆环时记下e50，……直到e350。

  13. 数据处理

  14. ２. 波长计算 (1)求 (2)求

  15. 思考与讨论 1、迈克尔逊干涉仪的干涉原理是怎样的？为何它可以观察到几种性质不同的条纹？ 2、迈克尔逊干涉仪的光路调整的要求是什么？为什么？ 3、如何避免测量过程中的空程差？为什么要用逐差法进行测量？

  16. 扩展内容： • 测定：空气、透明薄片的折射率 • 测定：薄片的厚度 • 测量：压电陶瓷的电致伸长系数 • 其他

  17. 迈克尔逊干涉仪监测环氧树脂固化过程

  18. 条纹方程 1光和2光的光程差： δ＝AB＋BC－AD 经数学推导： δ＝2d×COSΦ

  19. 迈克尔逊干涉仪的非定域干涉原理 用激光作光源，可观察到迈克尔逊干涉仪的非定域干涉现象。 激光通过短焦距透镜上，会聚成一个强度很高的点光源S，S‘是点光源S经半反射面G1所成的虚象,S1’是S‘经M1所成的虚象，S2’是S‘经M2’所成的虚象,显然S1‘,S2’是一对相干点光源,S1‘，S2’发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，只需观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内，都能看到干涉现象，故这种干涉称为非定域干涉。屏放置位置不同干涉条纹，形状不同，可以是园,椭园，双曲线，直线等形状。 当观察屏C垂直于S1'S2'轴线时即能看到一组明暗相间的同心园干涉条纹,其园心为S1'S2'轴线与屏的交点P0,P0处的光程差△=2e，可以证明，屏上任意点P的光程差 △≈2ecos i 式中 i 为S1‘射到P点的光线与M1法线之间的夹角 ，当M1与M2’之间距离e连续改变时，可以看到园心处条纹向外冒出或缩进。由此，可以测量长度或光源波长。

  20. 收获在于努力！

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