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迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪. 太原理工大学物理实验中心. 照相技术 检测技术 测量技术. 实验目的. １．了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理，掌握其调节和使用方法； ２．观察点光源产生的非定域干涉条纹，加强对干涉原理的理解； ３．测量光的波长。. δ1 -δ2=λ 2d1cosγ-2d2cosγ=λ 2Δdcosγ=λ 2Δd=λ. 迈克尔逊（ 1852~1931 ），美国物理学家 ，主要贡献在于光谱学和度量学，获 1907 年诺贝尔物理学奖。. 迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊和莫雷设计出来的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。. 分光板.

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迈克尔逊干涉仪

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Presentation Transcript

  1. 迈克尔逊干涉仪 太原理工大学物理实验中心

  2. 照相技术 • 检测技术 • 测量技术

  3. 实验目的 １．了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理，掌握其调节和使用方法； ２．观察点光源产生的非定域干涉条纹，加强对干涉原理的理解； ３．测量光的波长。

  4. δ1-δ2=λ • 2d1cosγ-2d2cosγ=λ • 2Δdcosγ=λ • 2Δd=λ

  5. 迈克尔逊（1852~1931），美国物理学家 ，主要贡献在于光谱学和度量学，获1907年诺贝尔物理学奖。 迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊和莫雷设计出来的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。

  6. 分光板 补偿板 观察屏 全反镜 粗调手轮 水平调节螺丝 细调手轮 竖直调节螺丝

  7. 迈克尔逊的读数系统 粗动手轮读数窗口 微动手轮 主尺 最后读数为：33.52246mm

  8. 谢 谢 太原理工大学物理实验中心

  9. 实验仪器 迈克尔逊干涉仪 He-Ne激光器 毛玻璃屏 扩束镜

  10. 实验原理 1.迈克尔逊干涉仪的结构及光路 1.分光板G1 2.补偿板G2 3.固定反射镜M2 4.活动反射镜M1 分光板后表面镀有半反半透膜，可将光束一分为二； 补偿板与分光板同质等厚且平行，起补偿光程作用。

  11. 实验原理 • 2. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 M1、M2为两垂直放置的平面反射镜，分别固定在两个垂直的臂上。G1、G2平行放置，与M2固定在同一臂上，且与M1和M2的夹角均为45度。M1由精密丝杆控制，可以沿臂轴前后移动。G1的第二面上涂有半透明、半反射膜，能够将入射光分成振幅几乎相等的反射光、透射光，所以G1称为分光板（又称为分光镜）。光经M1反射后由原路返回再次穿过分光板G1后成为光，到达观察点E处；光到达M2后被M2反射后按原路返回，在G1的第二面上形成光，也被返回到观察点处。由于光在到达E处之前穿过G1三次，而光在到达E处之前穿过G1一次，为了补偿、两光的光程差，便在M2所在的臂上再放一个与G1的厚度、折射率严格相同的G2平面玻璃板，满足了两光在到达E 处时无光程差，所以称G2为补偿板。由于光均来自同一光源S ，在到达G1后被分成两光，所以两光是相干光。

  12. 实验原理 • 3. 扩展光源产生的定域干涉条纹 当M1、M2‘平行时将产生等倾干涉。 光束（1）和光束（2）的光程差为 为光线的入射角，d为空气层的厚度。 当 时可以看到亮条纹。空气薄层厚度d一定时，入射角越小，及越靠近中心，圆环条纹的级数k越高。并且移动M1（即d 发生变化）时，中心处条纹级数随之变化，可观察到条纹由中心“冒出”或“缩入”，而每当中心处“冒出”或“缩入”一个条纹，d就增加或减少λ/2，即M1就移动了λ/2。 • Δd=Nλ，由此可根据M1移动的距离Δd及条纹级数改变的次数Ｎ，来测出入射光的波长。

  13. 实验原理 4.点光源产生的非定域干涉条纹的形成 从光学角度看，E处的干涉图样和 间空气薄膜所产生的干涉图样是同样的。 如图，点光源经M1、M2反射后，相当于 两个虚光源，它们发出的球面波在相遇空 间处处相干，等光程面是一组旋转双曲面， 干涉条纹就是旋转双曲面与观察屏相交而 得的曲线，因在光场中任何位置都可看到 条纹，故叫做非定域干涉。 =｛ Kλ 明纹 （2K+1）λ/2 暗纹

  14. 实验原理 条纹特点 1.θ越小，级次越大， θ=0时级次最高。 2.d增加时条纹涌出，d减小时条纹淹没。 针对θ=0的中央条纹，设涌出或淹没的条纹数N， 则 λ=2Δd/N 3.d增大时条纹变细变密，d减小时条纹变粗变疏。

  15. 实验内容和步骤 • 1．调节干涉仪的底座螺丝钉，有时要移动整个干涉仪改变对激光的倾角，使重合的最亮光斑能从激光发射孔反射回去，这时，激光垂直于镜M1。 • 2．细调并测定入射光波长：将扩束镜G置于激光器与迈克尔逊干涉仪之间，在屏上可以看到弧形或半圆形干涉条纹（如没有应重新粗调），调整水平方向拉簧螺钉和竖直方向拉簧螺钉，使屏Ｐ上出现同心圆形干涉条纹，此时M1和M2严格垂直（M1′和M2平行）。通过转动粗调手轮和微调鼓轮，使Ｐ上的条纹适于观测，了解条纹变化规律。 • 旋转手轮，屏上条纹有“冒出”或“缩入”现象。当屏上环心为一暗斑时，记录此时M2镜的位置d 0；同方向旋转微调手轮，当屏上每“冒出”或“缩入” 50个条纹时，记录M2镜的位置di ；重复测量8次。注意：每次记录数据时，应使中心暗斑与起始状态一致；旋转微调手轮时，要避免螺距间隙引入的空程差。

  16. 实验现象

  17. 迈克尔逊的读数系统 粗动手轮读数窗口 微动手轮 主尺 最后读数为：33.52246mm

  18. 实验注意事项 • 1、迈克尔逊干涉仪是精密光学仪器，各光学表面必须保持清洁，严禁用手触摸；调整时必须仔细、认真、小心、轻缓，严禁用力过度，损坏仪器。 • 2、测量时要防止引入空程误差，影响测量精度。 • 3、避免激光直接射入眼睛，否则可能会造成视网膜永久性的伤害。

  19. 预习思考题 • 1、迈克尔逊干涉仪的干涉原理是什么？ • 2、什么是等倾干涉？什么是等厚干涉？ • 3、什么是定域干涉？什么是非定域干涉？

  20. 谢 谢 太原理工大学物理实验中心

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