(李朝荣)迈克尔逊干涉仪2012

1、北京航空航天大学北京航空航天大学物理实验中心物理实验中心李朝荣李朝荣实验及应用背景介绍实验目的和教学要求实验原理实验仪器实验内容注意事项问题讨论与思考迈克尔逊干涉仪的调整迈克尔逊干涉仪的调整和波长测量和波长测量一、实验及应用背景介绍一、实验及应用背景介绍一、实验及应用背景介绍一、实验及应用背景介绍精密地测定光波波长、微小长度、光源的相干长度等最先以光的波长确定“米”的国际标准测量气体、液体的折射率发展和改进为其它许多形式的干涉仪器二、实验目的和教学要求二、实验目的和教学要求熟悉迈克尔逊干涉仪的结构，掌握其调整方法通过实验观察，认识点光源非定域干涉条纹的形成与特点用干涉条纹变化的特点，测定光源波

2、长三、实验原理三、实验原理1相干条件：相干条件：2迈克尔逊干涉原理迈克尔逊干涉原理 S、M1、M2和 E分布在四个不同方向，有充分的空间可以安插其它器件进行调整处理，测量上有很大的灵活性。频率相同，振动方向相同，相位差恒定频率相同，振动方向相同，相位差恒定迈克尔逊干涉原理图SM1G1G2M1M2E1 12 2半反半透膜半反半透膜补偿板补偿板三、实验原理三、实验原理3点光源干涉点光源干涉2dLdSSGEPRM1M2M1S1S2点光源非定域干涉相对： S S，M1M1相对M2： S S2 相对M1 ： S S1 即虚光源S1、S2 在空间处处相干，故称非定域干涉。三、实验原理三、实验原理4单色点光

3、源的非定域干涉条纹单色点光源的非定域干涉条纹 干涉图样为空间旋转双曲面：干涉图样为空间旋转双曲面： 1) 2/(2/222222 LdzxLyS1S2zxy 屏垂直于S1和S2连线：圆形干涉条纹 屏平行于S1和S2连线：双曲线形干涉条纹当屏处于其它方位时，条纹为何形状？什么条件下能得到直条纹？三、实验原理三、实验原理5点光源等倾干涉条纹点光源等倾干涉条纹 当屏垂直于S1和S2连线时，得等倾干涉2dcos =kl k=0,1,2, 主要特点：（1）d、l一定， 角相同的条纹属同级k，故形成同心圆环（2）d、l一定， 0 处的条纹级数k0最高k02d/l （3）k、l一定，d减小时 角减小，即干涉

4、圆环内缩；同理d增大时干涉圆环外扩（4）d=时，干涉场内无干涉条纹 吐级吞级6等厚干涉条纹等厚干涉条纹 四、实验仪器四、实验仪器迈克尔逊干涉仪 定镜M1 动镜M2 分束板G1补偿板G2观察屏E水平拉簧垂直拉簧粗动轮微动轮读数窗读数轮五、实验内容五、实验内容（1）粗调： 将M1、M2和调至状态 调方位，使反射光大致（2）细调：调节M1、M2，使（3）微调：调节，使在屏正中央得一干涉条纹（4）精调：换，调节微调拉簧至中心条纹大小不随眼睛移动而改变1迈克尔逊干涉仪的调整迈克尔逊干涉仪的调整 五、实验内容五、实验内容2点光源干涉测激光波长点光源干涉测激光波长等倾干涉： 2dcos =kl k=0,1,

5、2, 当中央条纹内缩或外扩N 次，光程差为2dNl于是Nd 2l l 利用逐差法处理数据利用逐差法处理数据思考：思考： N 应如何选取？六、注意事项六、注意事项1读数机构读数机构 主尺主尺1mm1mm，粗动轮，粗动轮0.01mm0.01mm，微动轮，微动轮0.0001mm0.0001mm 仪器误差仪器误差 0.00005mm0.00005mm 2零点误差：粗动轮与微动轮零点不匹配零点误差：粗动轮与微动轮零点不匹配读数轮特点：读数轮特点：“微微”带带“粗粗”动，动，“粗粗”动动“微微”不动不动消除方法：消除方法：先调先调“微微”指零，再将指零，再将“粗粗”对齐刻线对齐刻线3空程误差：螺纹间隙误差

6、空程误差：螺纹间隙误差消除方法：消除方法：始终沿一个方向旋转读数始终沿一个方向旋转读数轮轮（2020圈以上）圈以上）4等光程位置等光程位置判断判断视场视场中心无干涉条纹中心无干涉条纹；该该位置前后条纹吞吐状态改变位置前后条纹吞吐状态改变七、问题讨论与思考七、问题讨论与思考1 1如何如何获得点光源和面光源？获得点光源和面光源？ 激光束由于发散角很小，可近似看作平行光，经扩束镜扩束后即可视为由焦点处发出的球面波点光源。 将上述球面波投射到毛玻璃上，由于毛玻璃的散射作用，其上每一点均可视作一点光源，合成结果形成面光源。七、问题讨论与思考七、问题讨论与思考 图示现象是条纹间距过密的表现，由公式2dco

7、s =kl 可知，系光程差过大所致。应旋转读数轮使M2向M1靠拢，此间条纹条纹应不断内缩内缩。2 2实验实验中微调后，有时会出现如图所示干中微调后，有时会出现如图所示干涉环很小的现象，给测量带来不便。请问涉环很小的现象，给测量带来不便。请问这是什么原因造成的？应如何处理？这是什么原因造成的？应如何处理？七、问题讨论与思考七、问题讨论与思考3 3在在换成面光源后，通常换成面光源后，通常中心条纹大小会随中心条纹大小会随眼睛移动而改变眼睛移动而改变。这是什么原因造成的？应。这是什么原因造成的？应怎样进行调整？怎样进行调整？ 这是因为M2与M1不平行，当眼睛左右移动时，目光所及处的光程差发生变化，如图

8、示情形，眼睛左移时将看到条纹外扩。 应仔细调节M1的拉簧至条纹不再变动，则M2/M1 。背景介绍实验目的和教学要求实验原理实验仪器实验内容及注意事项牛顿环牛顿环干涉测透镜曲率半径干涉测透镜曲率半径 一一、应用、应用背景介绍背景介绍一一、应用、应用背景介绍背景介绍一一、应用、应用背景介绍背景介绍二、实验目的和教学要求二、实验目的和教学要求 三、实验原理三、实验原理 分析光程差，取 n=1， (考虑半波损失) 消去e 计算环的半径r由几何关系得略去e2，有2 1)1)1,2,1,2,0,1,0,1,(),()2 22 2,(),()2 22,2,e el ll ll l 加加强强减减弱弱（k kk kk kk k2 22 22 22 2) )2 2( (R RR Re er re eR Re e k k2 22 2r re eR R 1 212 3, , , , , ,2 2R Rr rl l 级级明明纹纹 k k k kk kk k 0 1 2 3, , , , , ,r rR Rl l 级级暗暗环环 ， k kk kk k k k测测量量暗暗环环直直径径2 24 4D Dk k R Rl l 四、实验仪