迈克尔逊干涉仪的调节和使用ppt课件

1、迈克尔逊干涉仪的调理和运用迈克尔逊干涉仪的调理和运用 光学实验光学实验主要内容主要内容 简介简介 实验目的实验目的 实验原理实验原理 实验仪器实验仪器 实验内容实验内容 数据处置数据处置 本卷须知本卷须知简简 介介 1881 年美国物理学家迈克耳逊(A.A.Michelson)为丈量光速, 根据分振幅产生双光束实现干涉的原理精心设计了这种干涉丈量安装.迈克耳逊和莫雷(Morley)用此一同完成了在相对论研讨中有重要意义的“以太漂移实验.迈克耳逊干涉仪设计精巧、运用广泛, 许多现代干涉仪都是由它衍生开展出来的。实验目的实验目的 了解迈克耳逊干涉仪的原理、构造和调理了解迈克耳逊干涉仪的原理、构造和

2、调理方法。方法。 察看定域干涉条纹察看定域干涉条纹, 丈量钠光的波长。丈量钠光的波长。 加强对条纹可见度和时间相关性的认识。加强对条纹可见度和时间相关性的认识。2G1G半透半半透半反膜反膜1M2M补偿板补偿板2M实验原理实验原理迈克耳逊干涉仪产生的干涉，与迈克耳逊干涉仪产生的干涉，与M1、M2之间的空气薄膜产生的干涉一样。之间的空气薄膜产生的干涉一样。图图1 迈克尔逊干涉仪光路原理图迈克尔逊干涉仪光路原理图d d1122实验原理实验原理钠光灯钠光灯 d dM2SM2G1G2E1212半反射层半反射层KM1图图1 迈克尔逊干涉仪光路原理图迈克尔逊干涉仪光路原理图迈克耳逊干涉仪产生的干涉，与迈克耳

3、逊干涉仪产生的干涉，与M1、M2之间的空气薄膜产生的干涉一样。之间的空气薄膜产生的干涉一样。实验原理实验原理 薄膜等倾干涉是分振幅干涉。薄膜等倾干涉是分振幅干涉。设薄膜上下外表平行。如图设薄膜上下外表平行。如图2 a1与与a2的光程差为的光程差为indLcos2dSa1a2iDABnC图图2 面光源产生的等倾干涉面光源产生的等倾干涉即入射角一样的点的光程即入射角一样的点的光程差差L一样，故称等倾干涉。一样，故称等倾干涉。干涉图样为同心圆。干涉图样为同心圆。2) 12(cos2KKind明条纹明条纹暗条纹暗条纹实验原理实验原理 条纹特点条纹特点1、i越小，级次越大，越小，级次越大，i=0时级次最

4、高。时级次最高。2、d添加时条纹涌出，添加时条纹涌出，d减小时条纹淹没。针减小时条纹淹没。针对对i=0的中央条纹，当的中央条纹，当d添加减小半个波添加减小半个波长时，便有一个条纹涌出淹没。设涌出长时，便有一个条纹涌出淹没。设涌出或淹没的条纹数或淹没的条纹数N，那么，那么=2d/N.3、d增大时条纹变细变密，增大时条纹变细变密，d减小时条纹变粗减小时条纹变粗变疏。变疏。实验原理实验原理 利用薄膜等倾干涉测波长利用薄膜等倾干涉测波长 干涉图象中，随着干涉图象中，随着d 的增大或减小，条纹从中的增大或减小，条纹从中心心“冒出或向中心冒出或向中心“缩入。设缩入。设M1挪动挪动 d时，时，K的变化量为的

5、变化量为N那么那么2Nd 数出数出N个条纹对应的个条纹对应的d，即可求出波长，即可求出波长。实验仪器实验仪器察看屏察看屏分光板分光板补偿板补偿板全反镜全反镜粗调手轮粗调手轮细调手轮细调手轮竖直调理螺丝竖直调理螺丝程度调理螺丝程度调理螺丝实验仪器实验仪器主尺主尺粗动手轮读数窗口粗动手轮读数窗口微动手轮微动手轮最后读数为：最后读数为：33.52246mm迈克耳逊干涉仪的调理迈克耳逊干涉仪的调理技艺训练的重点技艺训练的重点1、光源的调理 放置好钠光灯使光源和分光板G1、补偿板G2及反射镜M2中心大致等高，且三者连线大致垂直于M2镜。适当调理光源及扩束透镜的位置使得在E处视野可看到均匀的亮斑。2、等倾

6、干涉条纹的调理1转动粗动手轮，尽量使M1、M2距分光板后外表的间隔相等。迈克耳逊干涉仪的调理迈克耳逊干涉仪的调理 2) 在扩束透镜和分光板之间，放置笔尖，用肉眼直接在扩束透镜和分光板之间，放置笔尖，用肉眼直接察看笔尖多个投影，调整察看笔尖多个投影，调整M1反射镜或反射镜或M2反射镜反射镜镜后螺丝，使笔尖镜后螺丝，使笔尖2个投影重合，即可察看到等厚个投影重合，即可察看到等厚条纹。条纹。 3) 调整调整M2反射镜微调螺丝，使条纹变粗、弯曲，直反射镜微调螺丝，使条纹变粗、弯曲，直至成圆环形。假设条纹对比度反衬度下降，可至成圆环形。假设条纹对比度反衬度下降，可略微调整丝杆，挪动略微调整丝杆，挪动M1反

7、射镜，使条纹对比度改反射镜，使条纹对比度改善。善。 4) 上下晃动眼睛调理上下晃动眼睛调理M2反射镜的垂直拉簧微调螺丝，反射镜的垂直拉簧微调螺丝，左右晃动眼睛调理左右晃动眼睛调理M2反射镜的程度拉簧微调螺丝，反射镜的程度拉簧微调螺丝，反复细致地调理，使圆环形等倾条纹大小不因察看反复细致地调理，使圆环形等倾条纹大小不因察看位置而变即无吞吐景象为止。位置而变即无吞吐景象为止。 5) 丈量前应转动微调手轮，挪动丈量前应转动微调手轮，挪动M1反射镜，察看等反射镜，察看等倾条纹的变化情况。选择适宜一段区间，以利完成倾条纹的变化情况。选择适宜一段区间，以利完成丈量。丈量。 等等厚厚干干涉涉条条纹纹等等倾倾

8、干干涉涉条条纹纹1M2M1M2M1M2M1M2M1M2M与与重重 合合1M2M1M2M1M2M1M2M1M2M条纹的可见度问题条纹的可见度问题 运用的光源包含两种波长1 及2 , 且1 和2 相差很小。 1、当光程差同时为两种波长1 及2 的半波长整数倍，即L = m1 /2= n2/2 ，此时两个波长的亮纹叠加，可见度最正确； 2、当光程差为L = m1 /2 = (n +0.5) 2/2 时, 两种光产生的条纹为重叠的亮纹和暗纹, 使得视野中条纹的可见度降低, 假设1 与2 的光的亮度又一样, 那么条纹的可见度为零, 即看不清条纹了。 所以在挪动M1 以添加( 或减小) 光程差时, 可见度

9、会发生周期性的变化,由最正确到最差，由最差到最正确。 3、当光程差接近零时，可防止第二种情况的发生，可视度较佳。相关性问题时间相关性相关性问题时间相关性 相关性是光源相关程度的一个描画相关性是光源相关程度的一个描画.为简单起见为简单起见, 以入射角以入射角i = 0 作为例子作为例子, 讨论相距为讨论相距为d 的薄膜上、的薄膜上、下两外表反射光的干涉情况下两外表反射光的干涉情况.这时两束光的光程差这时两束光的光程差L = 2 d , 干涉条纹明晰干涉条纹明晰.当当d 添加某一数值添加某一数值d后后, 原有的干涉条纹变成一片模糊原有的干涉条纹变成一片模糊, 2 d就叫作相关长就叫作相关长度度,

10、用用Lm 表示表示.相关长度除以光速相关长度除以光速c, 是光走过这是光走过这段长度所需的时间段长度所需的时间, 称为相关时间。称为相关时间。实验内容实验内容 调整迈克尔逊干涉仪调整迈克尔逊干涉仪 测钠光的波长测钠光的波长 转动微动手轮察看干涉条纹的转动微动手轮察看干涉条纹的“冒出冒出或或“缩进景象，记录干涉条纹缩进景象，记录干涉条纹“冒出冒出或或“缩进缩进50条相对应的条相对应的M1反射镜的位反射镜的位置置d，延续测，延续测10组数据。自行设计数据表组数据。自行设计数据表格。格。 用逐差法处置数据，计算波长的不确定度，正确表用逐差法处置数据，计算波长的不确定度，正确表示实验结果。示实验结果。

11、 优点：优点： 坚持了多次丈量的优点，减少了随机误差。逐差坚持了多次丈量的优点，减少了随机误差。逐差法计算简便，可随时法计算简便，可随时“逐差验证，及时发现数据逐差验证，及时发现数据规律或错误数据。规律或错误数据。 适用条件：适用条件： 要求自变量等间隔变化，函数关系为线性。要求自变量等间隔变化，函数关系为线性。数据处置数据处置数据处置数据处置逐差法是将丈量得到的数据按自变量的大小顺序陈列逐差法是将丈量得到的数据按自变量的大小顺序陈列后平分为前后两组，先求出两组中对应项的差值后平分为前后两组，先求出两组中对应项的差值(即即求逐差求逐差)，然后取其平均值。，然后取其平均值。 ;,43210 xx

12、xxx;98765,xxxxx05xx 16xx 27xx 38xx 49xx 490551xxxxx2、求逐差：、求逐差： 1、将数据分为两组、将数据分为两组 3、求差平均、求差平均 ： 绝对不许用手触摸各光学元件，也不许用任何东西绝对不许用手触摸各光学元件，也不许用任何东西擦拭。擦拭。 为了使丈量结果正确，必需防止引入空程，将微调为了使丈量结果正确，必需防止引入空程，将微调手轮沿丈量方向旋转至零，然后以同方向转动粗调手轮沿丈量方向旋转至零，然后以同方向转动粗调手轮使之对准某一刻度；在调整好零点后，应将微手轮使之对准某一刻度；在调整好零点后，应将微调手轮按原方向转几圈，直到干涉条纹开场均匀挪调手轮按原方向转几圈，直到干涉条纹开场均匀挪动后，此时空程才消除，才可丈量。动后，此时空程才消除，才可丈量。 不要过分拧紧不要过分拧紧M1镜和镜和M2镜后的螺丝。镜后的螺丝。本卷须知本卷须知定域干涉