邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用ppt課件

1、邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和運(yùn)用邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和運(yùn)用鄭州大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心閆書霞邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和運(yùn)用2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.實(shí)驗(yàn)原理5.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求7.本卷須知3.預(yù)習(xí)思索題1.實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介8.問(wèn)題與討論 6.數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處置實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 邁干儀是1881年美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜與其協(xié)作者莫雷設(shè)計(jì)制造出的一種精細(xì)光學(xué)干涉丈量?jī)x器，邁克爾遜曾用此儀器完成了三個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)：否認(rèn)“以太的邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)、光譜精細(xì)構(gòu)造、用光波波長(zhǎng)標(biāo)定長(zhǎng)度單位，在科學(xué)開展史上起了很大的作用，邁克爾遜和莫雷因在這方面的出色成就于1907年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 邁克爾遜干涉儀構(gòu)造簡(jiǎn)單、光路直觀、精度高，其調(diào)整和使器具有典型性，根據(jù)

2、邁干儀根本原理開展的精細(xì)干涉丈量?jī)x器曾經(jīng)廣泛運(yùn)用于消費(fèi)和科研領(lǐng)域。因此，了解它的根本構(gòu)造，掌握其運(yùn)用方法很有必要。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造和任務(wù)原理，掌握其調(diào)整方法2.學(xué)會(huì)用邁克爾遜干涉儀察看非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉及白光干涉景象3.學(xué)會(huì)用邁克爾遜干涉儀測(cè)激光波長(zhǎng)及鈉光雙線波長(zhǎng)差預(yù)習(xí)思索題1. 非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉構(gòu)成的條件是什么？如何觀測(cè)到這些干涉條紋？2.如何利用非定域干涉圓條紋測(cè)激光的波長(zhǎng)3.如何丈量鈉光譜線雙線波長(zhǎng)差實(shí)驗(yàn)原理1.邁克爾遜干涉儀構(gòu)造及其光路構(gòu)造；光路；補(bǔ)償板；兩反射鏡方位調(diào)理、動(dòng)鏡位置變化及讀數(shù)動(dòng)鏡位置： *.*mm粗調(diào)手輪讀數(shù)細(xì)調(diào)手輪讀數(shù)主尺

3、讀數(shù)實(shí)驗(yàn)原理2.非定域干涉及激光波長(zhǎng)的丈量2.1非定域干涉 點(diǎn)光源照射時(shí)，經(jīng)M1、M2反射的兩束光產(chǎn)生的干涉等效于兩個(gè)虛光源S1、S2 發(fā)出的光產(chǎn)生的干涉，虛光源S1、S2 發(fā)出的光在其相遇的空間處處相關(guān)，因此是非定域干涉。用察看屏察看干涉條紋時(shí)，在不同的位置可以察看到不同的干涉條紋如圓、橢圓、雙曲線、直線，在邁克爾遜干涉儀的實(shí)踐情況下，放置屏的空間是有限的，普通能察看到圓和橢圓外形。當(dāng)把察看屏放在垂直于S1、S2 的連線上時(shí)，察看到的條紋是一組同心圓。2ddM1Z2MM2S1S2OrPG1實(shí)驗(yàn)原理2.2激光波長(zhǎng)的丈量 改動(dòng)動(dòng)鏡的位置，兩束光的光程差發(fā)生變化，因此干涉條紋也隨之發(fā)生變化。當(dāng)M1

4、、M2之間的間隔增大時(shí)，條紋向外擴(kuò)展，圓心處有條紋涌出，當(dāng)其間的間隔減小時(shí)，條紋收縮，中心條紋消逝。消逝或涌出一條干涉條紋，動(dòng)鏡位置的變化為 ，設(shè)消逝或涌出N個(gè)干涉圓環(huán)動(dòng)鏡位置的變化為 ，那么有 由上式可知：改動(dòng)動(dòng)鏡的位置，測(cè)出消逝或涌出N個(gè)干涉圓環(huán)對(duì)應(yīng)動(dòng)鏡位置的變化，就可以算出入射光的波長(zhǎng)。假設(shè)用激光作光源，可計(jì)算激光的波長(zhǎng)。2/d2Nd實(shí)驗(yàn)原理3.等傾干涉條紋sdM1M212由此可知：在d一定時(shí)，傾角一樣的入射光束，對(duì)應(yīng)同一級(jí)干涉條紋，因此稱為等傾干涉，傾角一樣的光在透鏡的焦平面上對(duì)應(yīng)同一干涉圓環(huán)，因此其干涉條紋為一組同心圓。用聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)的眼睛直接察看或放置一會(huì)聚透鏡，在其后焦平面上用察

5、看屏可察看到等傾干涉條紋， 用面光源照射，當(dāng) 時(shí)，被 、 反射的兩束光相互平行，假設(shè)用透鏡接納這兩束光，那么這兩束光在透鏡的焦平面上相遇發(fā)生干涉，其光程差為：1M2M1M2Mcos2d實(shí)驗(yàn)原理4.等厚干涉條紋 sM2M11221用面光源照射，當(dāng) 、 有一很小角度時(shí)，被 、 反射的兩束光在鏡面附近相遇發(fā)生干涉，在入射角不大的情況下，其光程差為：1M2M1M2M22dd 在兩鏡面交線附近， 可以忽略，光程差主要決議空氣膜的厚度，厚度一樣的地方對(duì)應(yīng)同一級(jí)干涉條紋，因此稱為等厚干涉，其干涉條紋為平行于兩鏡面交線的等間隔的直條紋。遠(yuǎn)離兩鏡面交線處， 不能忽略，其干涉條紋發(fā)生彎曲，并凸向兩鏡面交線的方向2

6、d2d實(shí)驗(yàn)原理5.非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉條紋的察看條件 干涉條紋位置 察看非定域干涉等傾干涉等厚干涉點(diǎn)光源照射察看屏用透鏡或聚焦無(wú)窮遠(yuǎn)的眼睛察看鏡面附近用眼睛向鏡面附近察看無(wú)窮遠(yuǎn)相遇空間的任何地方1、面光源照射2、 與 有很小夾角1M2M1、面光源照射2、 /1M2M實(shí)驗(yàn)原理6.鈉光譜雙線波長(zhǎng)差的丈量用鈉光燈作光源，由于鈉光含有波長(zhǎng)非常相近的兩條譜線，每組譜線都各自產(chǎn)生一組干涉條紋，改動(dòng)動(dòng)鏡的位置，條紋的視見度隨之發(fā)生變化，當(dāng) 時(shí)，條紋視見度為零，設(shè)相鄰兩次視見度為零時(shí)M1挪動(dòng)的間隔為 ，那么鈉光兩條譜線的波長(zhǎng)差為： 由上式可知：測(cè)出相鄰兩次視見度為零時(shí)M1挪動(dòng)的間隔 ，可求出鈉光雙線

7、的波長(zhǎng)差。2211212kkddd22221d實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求2、用激光作光源，察看非定域干涉條紋，并用非定域干涉條紋變化丈量激光的波長(zhǎng) 3、察看鈉光產(chǎn)生的干涉條紋，測(cè)鈉光雙線波長(zhǎng)差 留意：要察看到干涉條紋，應(yīng)調(diào)理兩個(gè)反射鏡與補(bǔ)償板的間隔大致相等，對(duì)于絲杠比較短的邁干儀，M1應(yīng)放在30cm處，對(duì)于絲杠較長(zhǎng)的邁干儀，M1應(yīng)放在50cm處1、調(diào)理邁克爾遜干涉儀，使 、 大致平行1M2M 要求：改動(dòng)動(dòng)鏡位置，察看干涉條紋的變化，并延續(xù)記錄6次干涉條紋變化100條對(duì)應(yīng)的d值，用逐差法求 ，計(jì)算激光的波長(zhǎng)，與實(shí)際值比較，求出相對(duì)誤差d 要求：改動(dòng)動(dòng)鏡位置，察看干涉條紋可見度變化，并延續(xù)記錄6次視見度為零時(shí)

8、的d值，用逐差法求 ，計(jì)算鈉光雙線波長(zhǎng)差d4、察看白光干涉條紋實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)理邁克爾遜干涉儀，使 、 大致平行1M2M2、察看非定域干涉條紋，并用非定域干涉條紋變化丈量激光的波長(zhǎng) 調(diào)理 使 、 距分光鏡的間隔大致相等，將激光發(fā)出的光程度照射到分光鏡上，被平面鏡 、 反射，在察看屏上各出現(xiàn)一排亮點(diǎn)，調(diào)理 、 后面的方位螺釘，使兩排亮點(diǎn)中的最亮點(diǎn)重合，這時(shí) 和 根本相互平行1M1M1M1M1M2M2M2M2M 在激光器和分光鏡之間放置一擴(kuò)束鏡，使光均勻照射到分光鏡上，這時(shí)在察看屏上即可以察看到非定域干涉條紋，再細(xì)調(diào) 、 的方位螺釘及 的程度拉簧螺絲和豎直拉簧螺絲，可以察看到非定域干涉圓條紋。改動(dòng)動(dòng)

9、鏡位置，可以看到條紋“涌出或“收縮景象，延續(xù)記錄6次“涌出或“收縮100條干涉圓環(huán)對(duì)應(yīng)動(dòng)鏡的位置，用逐差法計(jì)算 ，求激光的波長(zhǎng)，與實(shí)際值比較，計(jì)算相對(duì)誤差1M2M2Md實(shí)驗(yàn)步驟3、察看鈉光產(chǎn)生的干涉條紋，測(cè)鈉光雙線波長(zhǎng)差4、察看白光干涉條紋 用激光作光源，調(diào)試出非定域干涉條紋，改動(dòng)動(dòng)鏡位置，使干涉條紋變疏變粗，直到消逝時(shí)。用白熾燈照射分光鏡，緩慢挪動(dòng)動(dòng)鏡 ，即可看到白光彩色條紋 用激光作光源，調(diào)試出非定域干涉條紋，改動(dòng)動(dòng)鏡位置，使干涉條紋變疏變粗，用鈉光燈照射分光鏡，這時(shí)可以看到鈉光產(chǎn)生的干涉條紋。改動(dòng)動(dòng)鏡位置，可以看到條紋的視見度發(fā)生周期性變化，記錄視見度為零時(shí)動(dòng)鏡的位置，延續(xù)記錄6次，用逐差法求 ，計(jì)算鈉光雙線波長(zhǎng)差d數(shù)據(jù)記錄1、測(cè)激光波長(zhǎng)2、測(cè)鈉光雙線波長(zhǎng)差06328A理論05893A鈉光條紋數(shù)N100200300dN/mmN+100400500600dN+100 /mmdi/mm次數(shù)N123dN/mmN+3456dN+3 /mmdi/mm數(shù)據(jù)處置1、測(cè)激光波長(zhǎng)06328A理論3131iiddNd2100N理論理論E2、鈉光雙線波長(zhǎng)差3131iidd05893A鈉光d22本卷須知1、干涉儀中的全反射鏡、半反射鏡、補(bǔ)