實驗七、邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用ppt課件

1、 邁克爾遜干涉儀是對近代物理學和現(xiàn)邁克爾遜干涉儀是對近代物理學和現(xiàn)代丈量技術(shù)具有重要影響的光學儀器，掌代丈量技術(shù)具有重要影響的光學儀器，掌握它的調(diào)整與運用方法有著重要意義。握它的調(diào)整與運用方法有著重要意義。主要內(nèi)容主要內(nèi)容 【實驗引見實驗引見】 【實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹?【實驗儀器實驗儀器】 【實驗原理實驗原理】 【實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容】 【實驗中需留意的問題實驗中需留意的問題】邁克爾遜干涉儀是一種利用分割光邁克爾遜干涉儀是一種利用分割光波振幅的方法實現(xiàn)干涉的精細光學波振幅的方法實現(xiàn)干涉的精細光學儀器。其調(diào)整和使器具有典型性。儀器。其調(diào)整和使器具有典型性。邁克爾遜邁克爾遜莫雷實驗圖莫雷實驗圖最初的邁克

2、爾遜干涉儀最初的邁克爾遜干涉儀現(xiàn)代的邁克爾遜干涉儀現(xiàn)代的邁克爾遜干涉儀【實驗引見實驗引見】 邁克耳遜 Albert Abrham Michelson ,1852 -1931，著名的實驗物理學家，他終身研制了不少精細儀器，進展了許多有效果的實驗。他設(shè)計了至今仍運用廣泛的邁克爾遜干涉儀，當時用來測定地球相對于以太的運動，邁克爾遜莫雷實驗為相對論的建立提供了實驗根據(jù)。由于他的出色成就，榮獲1907年度的諾貝爾物理學獎。 以表揚他對光學精細儀器及用之于光譜學與計量學研討所作的奉獻。 1 1、了解邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造和任務(wù)、了解邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造和任務(wù)原理，掌握其調(diào)理方法。原理，掌握其調(diào)理方法。 2

3、2、調(diào)理察看等傾干涉、等厚干涉和非、調(diào)理察看等傾干涉、等厚干涉和非定域干涉景象。定域干涉景象。 【實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹俊緦嶒瀮x器實驗儀器】 邁克爾孫干涉儀、邁克爾孫干涉儀、He-Ne激光器、擴束鏡激光器、擴束鏡【實驗原理實驗原理】 1、邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造、邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造主尺主尺粗動手輪讀數(shù)窗口粗動手輪讀數(shù)窗口微動手輪微動手輪最后讀數(shù)為：最后讀數(shù)為：33.52246mm 2、讀數(shù)、讀數(shù)3、邁克爾遜干涉儀原理光路、邁克爾遜干涉儀原理光路M1和M2是平面反射鏡，分別裝在相互垂直的兩臂上，M1固定， M2而可經(jīng)過精細絲桿沿臂長的方向挪動。G1和G2是兩塊完全一樣的玻璃板，在G1的后外表上鍍有半透

4、明的銀膜，能使入射光分為振幅相等的反射光和透射光。M1和M2與G1和G2 成45角傾斜安裝。 G2稱為補償板，是為了使光束2也同光束1一樣地三次經(jīng)過玻璃板，以保證兩光束間的光程差不致過大。M2M1EG2G1S2211半透半反膜半透半反膜1M 由于G1的反射，使在M2 附近構(gòu)成M1的一個虛像M1，因此光束1 和光束2 的干涉等效于由M2 和M1之間空氣薄膜產(chǎn)生的干涉。 當調(diào)理M1使M1與M2相互準確地垂直，在屏幕上可察看到圓形的等傾干涉條紋，即兩鏡之間為薄膜干涉 。等等傾傾干干涉涉條條紋紋1M2M1M2M與與重重 合合1M2M1M2M1M2M邁克耳孫干涉儀光路圖邁克耳孫干涉儀光路圖SppL1ab

5、a1b1G1G2L2AFa2b2M2M1M 2F 當條紋為等傾條紋時，挪動M2 ，相當于改動M2 和M1之間空氣薄膜的厚度，此時干涉條紋會出現(xiàn)條紋“縮入或“冒出的景象。 “縮入或“冒出的條紋數(shù)與挪動間隔的關(guān)系： 假設(shè)數(shù)出“縮入或“冒出的條紋數(shù)，由知波長就可計算出d，這就是丈量微小間隔的原理； 反之，由讀出的d也可測定入射光的波長，這也是測定單色光波長的一種方法。2kd 假設(shè)M1與M2偏離相互垂直的方向，這時就能察看到等厚干涉條紋，即兩鏡之間為劈尖干涉。等等厚厚干干涉涉條條紋紋1M2M1M2M1M2M1M2M1M2M點光源產(chǎn)生的非定域干涉點光源產(chǎn)生的非定域干涉 邁克耳遜干涉儀產(chǎn)生干涉的構(gòu)成條件與

6、條紋特點不僅與M1、M2的相對位置有關(guān)，而且與所用光源有關(guān)。 HeNe激光用短焦距透鏡會聚后是一個相關(guān)性很好的點光源，經(jīng)M1、M2反射后的相關(guān)光束相當于兩個虛點光源，由這兩個虛點光源發(fā)出的球面波在空間處處相關(guān)，這種干涉稱為非定域干涉，即在兩束光相遇的空間內(nèi)均能用察看屏接納到干涉圖像【實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容】 了解邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造和任務(wù)原了解邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造和任務(wù)原理，掌握其調(diào)理方法。理，掌握其調(diào)理方法。 調(diào)理察看等傾干涉、等厚干涉和非定調(diào)理察看等傾干涉、等厚干涉和非定域干涉景象。域干涉景象。邁克耳遜干涉儀的調(diào)理邁克耳遜干涉儀的調(diào)理技藝訓練的重點技藝訓練的重點1、光源的調(diào)理、光源的調(diào)理 放置好

7、鈉光燈使光源和分光板放置好鈉光燈使光源和分光板G1、補償板、補償板G2及反射鏡及反射鏡M2中心大致等高，且三者連線中心大致等高，且三者連線大致垂直于大致垂直于M2鏡。適當調(diào)理光源及擴束透鏡鏡。適當調(diào)理光源及擴束透鏡的位置使得在的位置使得在E處視野可看到均勻的亮斑。處視野可看到均勻的亮斑。2、等傾干涉條紋的調(diào)理、等傾干涉條紋的調(diào)理1轉(zhuǎn)動粗動手輪，盡量使轉(zhuǎn)動粗動手輪，盡量使M1、M2距分光板后距分光板后外表的間隔相等。外表的間隔相等。 2) 在擴束透鏡和分光板之間，放置筆尖，用肉眼直接在擴束透鏡和分光板之間，放置筆尖，用肉眼直接察看筆尖多個投影，調(diào)整察看筆尖多個投影，調(diào)整M1反射鏡反射鏡或或M2反

8、射鏡反射鏡鏡后螺絲，使筆尖鏡后螺絲，使筆尖2個投影重合，即可察看到等厚個投影重合，即可察看到等厚條紋。條紋。 3) 調(diào)整調(diào)整M2反射鏡微調(diào)螺絲，使條紋變粗、彎曲，直反射鏡微調(diào)螺絲，使條紋變粗、彎曲，直至成圓環(huán)形。假設(shè)條紋對比度至成圓環(huán)形。假設(shè)條紋對比度反襯度反襯度下降，可下降，可略微調(diào)整絲桿，挪動略微調(diào)整絲桿，挪動M1反射鏡，使條紋對比度改反射鏡，使條紋對比度改善。善。 4) 上下晃動眼睛調(diào)理上下晃動眼睛調(diào)理M2反射鏡的垂直拉簧微調(diào)螺絲，反射鏡的垂直拉簧微調(diào)螺絲，左右晃動眼睛調(diào)理左右晃動眼睛調(diào)理M2反射鏡的程度拉簧微調(diào)螺絲，反射鏡的程度拉簧微調(diào)螺絲，反復細致地調(diào)理，使圓環(huán)形等傾條紋大小不因察看

9、反復細致地調(diào)理，使圓環(huán)形等傾條紋大小不因察看位置而變位置而變即無吞吐景象即無吞吐景象為止。為止。 5) 丈量前應(yīng)轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，挪動丈量前應(yīng)轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，挪動M1反射鏡，察看等反射鏡，察看等傾條紋的變化情況。選擇適宜一段區(qū)間，以利完成傾條紋的變化情況。選擇適宜一段區(qū)間，以利完成丈量。丈量。 等等厚厚干干涉涉條條紋紋等等傾傾干干涉涉條條紋紋1M2M1M2M1M2M1M2M1M2M與與重重 合合1M2M1M2M1M2M1M2M1M2M【實驗中需留意的問題實驗中需留意的問題】 邁克耳遜干涉儀是精細光學儀器，光學外邁克耳遜干涉儀是精細光學儀器，光學外表不能用手觸摸。調(diào)理時動作要輕緩。表不能用手觸摸。調(diào)理時動作要輕緩。 為了消除螺距差空程差，調(diào)理及丈量為了消除螺距差空程差，調(diào)理及丈量讀數(shù)時，粗調(diào)手輪和微調(diào)鼓輪要向同一方讀數(shù)時，粗調(diào)手輪和微調(diào)鼓輪要向同一方向轉(zhuǎn)動，中途不得倒退。向轉(zhuǎn)動，中途不得倒退。 區(qū)分鏡面間距區(qū)分鏡面間距(d)(d)、光程差、光程差(2d)(2d)和光程差的變和光程差的變化化(2 (2d) d)三個概念，弄清楚它們之間的關(guān)系。三個概念，弄清楚它們之間的關(guān)系。 思索題思索題、在調(diào)等傾干涉條紋時，為什