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文档简介

迈克尔逊干涉仪在干涉过程中,如果两束光的光程差是光波 长 的整数倍(0,1,2) ,在光检测器上得到的是相长的干涉信号;如果光程差是半波长的奇数倍(0.5,1.5,2.5) ,在光检测器上得到的是相消的干涉信号。当两面平面镜严格垂直时为等 倾 干 涉 ,其干涉光可以在屏幕上接收为圆环形的等倾条纹;而当两面平面镜不严格垂直时是等 厚 干 涉 ,可以得到以等厚交线为中心对称的直等厚条纹。在光波的干涉中能量被重新分布,相消干涉位置的光能量被转移到相长干涉的位置,而总能量总保持守恒。 19 世纪末人们通过使用气体放电管、滤色镜、狭缝或针孔成功得到了迈克耳孙干涉仪的干涉条纹,而在一个版本的迈克耳孙-莫雷实验中采用的光源是星光。星光不具有时间相 干 性 ,但由于其从同一个点光源发出而具有足够好的空间相干性,从而可以作为迈克耳孙干涉仪的有效光源。激光切割激光笔双频激光干涉仪马赫-曾德尔干涉仪索菲干涉仪1 仪器构造简介实验室中最常用的迈克耳逊干涉仪,其原理图和结构图如图1和图2所示。M 1和 M2是在相互垂直的图1图2两臂上放置的两个平面反射镜,其背面各有三个调节螺旋,用来调节镜面的方位;M 2是固定的,M 1由精密丝杆控制,可沿臂轴前后移动,其移动距离由转盘读出。仪器前方粗动手轮分度值为10 -2mm,右侧微动手轮的分度值为10 -4mm,可估读至10 -5mm,两个读数手轮属于蜗轮蜗杆传动系统。在两臂轴相交处,有一与两臂轴各成45 的平行平面玻璃板 P1,且在 P1的第二平面上镀以半透(半反射)膜,以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射光2,故 P1板又称为分光板。P 2也是一平行平面玻璃板,与 P1平行放置,厚度和折射率均与 P1相同。由于它补偿了1与2之间附加的光程差,故称为补偿板。从扩展光源 S 射来的光,到达分光板 P1后被分成两部分。反射光1在 P1处反射后向着M1前进;透射光2透过 P1后向着 M2前进。这两列光波分别在 M1、M 2上反射后沿着各自的入射方向返回,最后都到达 E 处。既然这两列光波来自光源上同一点 O,因而是相干光,在 E 处的观察者能看到干涉图样。由于从 M2返回的光线在分光板 P1的第二面上反射,使 M2在 M1附近形成一平行于 M1的虚像 M2,因而光在迈克耳逊干涉仪中自 M1和 M2的反射,相当于自 M1和 M2的反射。由此可见,在迈克耳逊干涉仪中所产生的干涉与厚度为 d 的空气膜所产生的干涉是等效的。2实验原理当 M1和 M2严格平行时,所得的干涉为等倾干涉。所有倾角为 i 的入射光束,由 M1和M2反射光线的光程差 均为(1)式中 i 为光线在 M1镜面的入射角, d 为空气薄膜的厚度,它们将处于同一级干涉条纹,并定位于无限远。这时,在图1中的 E 处,放一会聚透镜,在其焦平面上(或用眼在 E 处正对 P1观察) ,便可观察到一组明暗相间的同心圆纹。这些条纹的特点是:干涉条纹的级次以中心为最高。在干涉纹中心,因 i=0,由圆纹中心出现亮点的条件(2)得圆心处干涉条纹的级次(3)当 M1和 M 2的间距 d 逐渐增大时,对于任一级干涉条纹,例如第 k 级,必定以以其的值来满足 ,故该干涉条纹向 变大( 变小)的方向移动,即向外扩展。这时,观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出” ,且每当间距 d 增加 时,就有一个条纹涌出。反之,当间距由大逐渐变小时,最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心,且每陷入一个条纹,间距的改变亦为 。因此,只要数出涌出或陷入的条纹数,即可得到平面镜 M1以波长 为单位的移动距离。显然,若有 N 个条纹从中心涌出时,则表明 M1相对于 M2移远了(4)反之,若有 N 个条纹陷入时,则表明 M1和 M2移近了同样的距离。根据(4)式,如果已知光波的波长 ,便可由条纹变动的数目,计算出 M1移动的距离

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