迈克尔逊干涉 李朝荣讲解.ppt

北京航空航天大学 物理实验中心 李朝荣 ? 实验及应用背景介绍 ? 实验目的和教学要求 ? 实验原理 ? 实验仪器 ? 实验内容 ? 注意事项 ? 问题讨论与思考 ? 辅助实验与选做实验 迈克尔逊干涉仪的调整 和波长测量 一、实验及应用背景介绍 ? 1881 年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷 为研究“以太”漂移制成精密干涉仪 — — 迈克尔逊干涉仪 ? 最先用干涉仪以光的波长测定了国际标 准米尺的长度 ? 精密地测定光波波长、微小长度、光源 的相干长度等 ? 测量气体、液体的折射率 ? 发展和改进为其它许多形式的干涉仪器 二、实验目的和教学要求 ? 熟悉迈克尔逊干涉仪的结构，掌握其 调整方法； ? 通过实验观察，认识点光源非定域干 涉条纹的形成与特点； ? 用干涉条纹变化的特点，测定光源波 长。 三、实验原理 1 ．相干条件： 2 ．迈克尔逊干涉原理 S 、 M 1 、 M 2 和 E 分布在四个不同方向， 有充分的空间可以安 插其它器件进行调整 处理，测量上有很大 的灵活性。 频率相同，振动方向相同，相位差恒定 迈克尔逊干涉原理图 S M 1 G 1 G 2 M 1 M 2 E 1 ? 1 2 ? 2 半反半透膜 三、实验原理 3 ．点光源干涉 2 d L d S S G E P R M 1 M 2 M 1 S 1 S 2 ? 点光源非定域干涉 相对Ｇ： S ? S ， M 1 ? M 1 相对 M 2 ： S ? S 2 相对 M 1 ： S ? S 1 即虚光源 S 1 、 S 2 在空间处 处相干，故称非定域干涉。 三、实验原理 4 ．单色点光源的非定域干涉条纹 干涉图样为空间旋转双曲面： ? ? 1 ) 2 / ( 2 / 2 2 2 2 2 2 ? ? ? ? ? ? L d z x L y S 1 S 2 z x y 屏垂直于 S 1 和 S 2 连线：圆形干涉条纹 屏平行于 S 1 和 S 2 连线：双曲线形干涉条纹 思考： 当屏处于其它方位时，条纹为何形状？ 什么条件下能得到直条纹？ 三、实验原理 5 ．点光源等倾干涉条纹 当屏垂直于 S 1 和 S 2 连线时，得等倾干涉 2 d cos ? = k l k =0,1,2, … 主要特点： （ 1 ） d 、 l 一定， ? 角相同的条纹属同级 k ， 故形成同心圆环 （ 2 ） d 、 l 一定， ? ＝ 0 处的条纹级数 k 0 最高 k 0 ＝ 2 d / l （ 3 ） k 、 l 一定， d 减小时 ? 角减小，即干涉 圆环内缩；同理 d 增大时干涉圆环外扩 （ 4 ） d = ０时，干涉场内无干涉条纹 四、实验仪器 迈克尔逊干涉仪 定镜 M 1 动镜 M 2 分束板 G 1 补偿板 G 2 观察屏 E 水平拉簧 垂直拉簧 粗动轮 微动轮 读数窗 读数轮 五、实验内容 （ 1 ）粗调： ① 将 M 1 、 M 2 方位螺钉 和 拉簧 调至 半松半紧 状态 ② 调 激光器 方位，使反 射光大致 对称分布 （ 2 ）细调： 调节 M 1 、 M 2 方位螺钉 ， 使 反射光对准激光出口 （ 3 ）微调： 调节 拉簧 ， 使在屏正中 央得一 正圆形 干涉条纹 （ 4 ）精调： 换 面光源 ，调节微调拉 簧至中心条纹大小不随眼 睛移动而改变 1 ．迈克尔逊干涉仪的调整 五、实验内容 2 ．点光源干涉测激光波长 等倾干涉： 2 d cos ? = k l k =0,1,2, … 当中央条纹内缩或外扩 ? N 次，光程差为 2 ? d ＝ ? N ?l 于是 N d ? ? ? 2 l 利用逐差法处理数据 思考： ? N 应如何选取？ 六、注意事项 1 ．读数机构 主尺 1mm ，粗动轮 0.01mm ，微动轮 0.0001mm 仪器误差 0.00005mm 2 ．零点误差： 粗动轮与微动轮零点不匹配 读数轮特点： “ 微 ”带“ 粗 ”动，“ 粗 ”动“ 微 ”不动 消除方法： 先调“ 微 ”指零，再将“ 粗 ”对齐 刻线 3 ．空程误差： 螺纹间隙误差 消除方法： 始终沿一个方向旋转读数轮 七、