18.04.劈尖牛頓環(huán)邁克爾遜干涉儀概述課件

1、第1頁，共27頁。一 劈尖 劈尖是指薄膜兩表面近于平行，且成很小角度的劈形膜。兩塊平面玻璃板以很小夾角墊起，其間的空氣膜就形成空氣劈尖 。劈尖角由于很小，實(shí)際上入射光、反射光幾乎都垂直于空氣劈尖表面。 18.3.2 劈尖干涉 牛頓環(huán) 單色平行光垂直照射劈尖，入射光經(jīng)劈尖上、下表面反射，兩束反射光在上表面相遇而產(chǎn)生干涉。第2頁，共27頁。三 干涉結(jié)果劈尖上厚度相同的地方，對應(yīng)同一級的干涉條紋. - 等厚干涉明紋暗紋二 光程差分析 第3頁，共27頁。四 干涉條紋間距:任意相鄰明紋（或暗紋）對應(yīng)的膜厚差:任意相鄰明紋（或暗紋）之間的距離:明紋暗紋第4頁，共27頁。 五 干涉條紋的移動 每一條紋對應(yīng)劈

2、尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對應(yīng)的條紋隨之移動.第5頁，共27頁。1）干涉膨脹儀 劈尖干涉的應(yīng)用 樣品受熱膨脹斜面上移，劈尖各處的干涉條紋發(fā)生明暗明（或暗明暗）的變化。 如果觀察到某處干涉明紋（或暗紋）移過了N 條，即表明樣品高度增長了l 。根據(jù)線膨脹系數(shù)的定義:第6頁，共27頁。由：有：金屬絲直徑為： 2）測細(xì)絲的直徑第7頁，共27頁。用這種方法能查出不超過四分之一波長（ 約 0.1 微米）的凹凸缺陷。存在極小凸凹不平的工件的等厚干涉條紋 表面平整的工件的等厚干涉條紋3）檢驗(yàn)工件表面的平整度第8頁，共27頁。la工件標(biāo)準(zhǔn)平面 例1：在工件上放一標(biāo)準(zhǔn)平面玻璃，使其間形成一空氣劈尖，并觀

3、察到彎曲的干涉條紋。試：根據(jù)條紋彎曲方向，判斷工件表面上紋路是凹還是凸？ 并求：紋路深度H。解：由于同一條紋下的空氣薄膜厚度相同，由圖的紋路彎曲情況知，工件表面的紋路是凹下去的。 H 由比例關(guān)系： 紋路深度為：第9頁，共27頁。光程差 在一塊平板玻璃上放一個(gè)曲率較小的平凸透鏡，在平面與球面之間形成一個(gè)圓盆形的空氣薄層。 牛頓環(huán)第10頁，共27頁。 牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置顯微鏡SL M半透半反鏡T牛頓環(huán)干涉圖樣 干涉條紋（等厚點(diǎn)軌跡）是以平玻璃與平凸透鏡的接觸點(diǎn)為圓心的一組同心圓環(huán)。這就是牛頓環(huán)。第11頁，共27頁。R光程差暗紋rd暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明紋第12頁，共27頁。 3）應(yīng)用例子:可以用來測量光波

4、波長，用于檢測透鏡質(zhì)量，曲率半徑等. 1）從反射光中觀測，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？從透射光中觀測，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？2）將牛頓環(huán)置于 的液體中，條紋如何變？工 件標(biāo) 準(zhǔn) 件暗環(huán)半徑明環(huán)半徑討論第13頁，共27頁。SL 例2 如圖所示, 在平面玻璃片G上放一油滴，并展開成圓形油膜，在波長 的單色光垂直入射下，從反射光中可觀察到油膜所形成的干涉條紋 . 已知玻璃的折射率, 油膜的折射率G 問：干涉條紋如何分布？當(dāng)油膜中心最高點(diǎn)與玻璃片的上表面相距 時(shí)，可見明紋的條數(shù)及各明紋處膜厚 ? 若油膜展開條紋如何變化?第14頁，共27頁。解 1）條紋為同心圓油膜邊緣明紋明紋第15頁，共27頁。 2） 當(dāng)油

5、滴展開時(shí)， 由于 故可觀察到四條明紋 .明紋 條紋數(shù)減少，條紋間距變大.第16頁，共27頁。18.4 邁克耳遜干涉儀第17頁，共27頁。單色光源反射鏡 反射鏡邁克爾遜干涉儀與 成 角補(bǔ)償板 分光板 移動導(dǎo)軌第18頁，共27頁。反射鏡 反射鏡單色光源光程差 的像第19頁，共27頁。1、若 M1 、M2 平行，條紋特點(diǎn)：此時(shí)為等傾條紋。第20頁，共27頁。 干涉條紋的移動 當(dāng) 與 之間距離變大時(shí) ，圓形干涉條紋從中心一個(gè)個(gè)長出, 并向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密; 距離變小時(shí)，圓形干涉條紋一個(gè)個(gè)向中心縮進(jìn), 干涉條紋變稀。第21頁，共27頁。當(dāng) 不垂直于 時(shí)，可形成劈尖型等厚干涉條紋。反射鏡 反射鏡單色

6、光源第22頁，共27頁。2、若 M1、M2 有小夾角當(dāng) M1和 M2不平行，且光平行入射，此時(shí)為等厚條紋。條紋特點(diǎn)：第23頁，共27頁。干涉條紋移動數(shù)目邁克爾遜干涉儀的主要特性 兩相干光束在空間完全分開，并可用移動反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差.光程差的變化移動反射鏡第24頁，共27頁。插入介質(zhì)片后光程差的變化量干涉條紋移動數(shù)目介質(zhì)片厚度第25頁，共27頁。邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)，否定了以太參照系的存在，使經(jīng)典物理學(xué)的絕對時(shí)空觀受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，為狹義相對論的建立提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。邁克爾遜因發(fā)明這種干涉儀和在光譜學(xué)、計(jì)量學(xué)等方面的研究，而獲得1907年度諾貝爾物理學(xué)獎。 1881年邁克爾遜用他的干涉儀做了著名的以太漂移實(shí)驗(yàn)。他認(rèn)為若地球繞太陽公轉(zhuǎn)相對于以太運(yùn)動時(shí)，其平行于地球運(yùn)動方向和垂直地球運(yùn)動方向上，光通過相等距離所需時(shí)間不同，因此在儀器轉(zhuǎn)動90時(shí)，前后兩次所產(chǎn)生的干涉必有0.04條條紋移動。實(shí)驗(yàn)得出了否定結(jié)果。第26頁，共27頁。解：例題 ：設(shè)空氣的