實(shí)驗(yàn)3.20邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用(0)

1、邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用,鄭州大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心,制作人：閆書霞,邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用,1.,實(shí)驗(yàn)簡介,2.,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3.,預(yù)習(xí)思考題,4.,實(shí)驗(yàn)原理,5.,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求,6.,數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理,7.,注意事項(xiàng),8.,問題與討論,實(shí)驗(yàn)簡介,邁干儀是,1881,年美國物理學(xué)家邁克爾遜與其合作者莫雷設(shè)計(jì)制造出,的一種精密光學(xué)干涉測量儀器，邁克爾遜曾用此儀器完成了三個著名的,實(shí)驗(yàn)：否定“以太”的邁克爾遜,莫雷實(shí)驗(yàn)、光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)、用光波波,長標(biāo)定長度單位，在科學(xué)發(fā)展史上起了很大的作用，邁克爾遜和莫雷因,在這方面的杰出成就于,1907,年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。,邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)簡單、光路直

2、觀、精度高，其調(diào)整和使用具有典,型性，根據(jù)邁干儀基本原理發(fā)展的精密干涉測量儀器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn),和科研領(lǐng)域。因此，了解它的基本結(jié)構(gòu)，掌握其使用方法很有必要,。,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.,了解邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握其,調(diào)整方法,2.,學(xué)會用邁克爾遜干涉儀觀察非定域干涉、等傾干,涉、等厚干涉及白光干涉現(xiàn)象,3.,學(xué)會用邁克爾遜干涉儀測激光波長及鈉光雙線波,長差,預(yù)習(xí)思考題,1.,非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉形成的條件是什么？,如何觀測到這些干涉條紋？,2.,如何利用非定域干涉圓條紋測激光的波長,3.,如何測量鈉光譜線雙線波長差,實(shí)驗(yàn)原理,1.,邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)及其光路,動鏡位置：,*,.

3、,*,*,mm,結(jié)構(gòu)；光路；補(bǔ)償板；兩反射鏡,方位調(diào)節(jié)、動鏡位置變化及讀數(shù),主尺讀數(shù),粗調(diào)手輪讀數(shù),細(xì)調(diào)手輪讀數(shù),實(shí)驗(yàn)原理,2.,非定域干涉及激光波長的測量,2.1,非定域干涉,點(diǎn)光源照射時，經(jīng),M1,、,M2,反射的兩束光產(chǎn)生,的干涉等效于兩個虛光源,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,處相干，因此是非定域干涉。用觀察屏觀察干涉條,紋時，在不同的位置可以觀察到不同的干涉條紋,（如圓、橢圓、雙曲線、直線），在邁克爾遜干涉,儀的實(shí)際情況下，放置屏的空間是有限的，一般能,觀察到圓和橢圓形狀。當(dāng)把觀察屏放在垂直于,S1,、,S2,的連線上時，觀察到

4、的條紋是一組同心圓。,S,1,2d,S,2,Z,d,M,1,M,2,G,1,M,2,O,P,r,實(shí)驗(yàn)原理,2.2,激光波長的測量,改變動鏡的位置，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),M,1,、,M,2,之間的距離增大時，條紋向外擴(kuò)展，圓心處有,條紋涌出，當(dāng)其間的距離減小時，條紋收縮，中心條紋消失。消失或涌,出一條干涉條紋，動鏡位置的變化為,?,/,2,，設(shè)消失或涌出,N,個干涉圓環(huán),動鏡位置的變化為,?,d,，則有,?,?,d,?,N,?,2,由上式可知：改變動鏡的位置，測出消失或涌出,N,個干涉圓環(huán)對應(yīng),動鏡位置的變化，就可以算出入射光的波長。若用激光作光源，可計(jì)算,激

5、光的波長。,實(shí)驗(yàn)原理,3.,等傾干涉條紋,用面光源照射，當(dāng),M,1,M,2,時，,被,M,1,、,M,2,反射的兩束光互相平行，,若用透鏡接收這兩束光，則這兩束,光在透鏡的焦平面上相遇發(fā)生干涉，,其光程差為：,d,M,2,M,1,2,s,1,?,?,2,d,cos,?,由此可知：在,d,一定時，傾角相同的入射光束，對應(yīng)同一級干涉條紋，,因此稱為等傾干涉，傾角相同的光在透鏡的焦平面上對應(yīng)同一干涉圓,環(huán)，因此其干涉條紋為一組同心圓。用聚焦于無窮遠(yuǎn)的眼睛直接觀察,或放置一會聚透鏡，在其后焦平面上用觀察屏可觀察到等傾干涉條紋，,實(shí)驗(yàn)原理,4.,等厚干涉條紋,用面光源照射，當(dāng),M,1,、,M,2,M,2

6、,有一很小角度時，被,M,1,、,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：,M,2,M,1,2,1,?,?,2,d,?,d,?,2,2,s,1,2,在兩鏡面交線附近，,d,?,可以忽略，光程差主要決定空氣膜的厚度，,厚度相同的地方對應(yīng)同一級干涉條紋，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,2,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,d,?,向,實(shí)驗(yàn)原理,5.,非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉條紋的觀察,條件,非定域干涉,等傾干涉,點(diǎn)光源照射,1,、面光源照射,2,、,M,1,/,M,2,等厚干涉,1,、

7、面光源照射,2,、,M,1,與,M,2,有很,小夾角,鏡面附近,干涉條紋位置,相遇空間的任何地方,無窮遠(yuǎn),觀察,觀察屏,用透鏡或聚焦無窮遠(yuǎn)的,眼睛觀察,用眼睛向鏡面附近觀察,實(shí)驗(yàn)原理,6.,鈉光譜雙線波長差的測量,用鈉光燈作光源，由于鈉光含有波長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，改變動鏡的位置，條,紋的視見度隨之發(fā)生變化，當(dāng),1,?,?,2,d,?,k,1,?,1,?,?,k,2,?,?,?,2,2,?,?,時，條紋視見度為零，設(shè)相鄰兩次視見度為零時,M1,移動,的距離為,?,d,，則鈉光兩條譜線的波長差為：,?,?,?,?,1,?,2,2,?,d,?,?,2,2,?,d,

8、由上式可知：測出相鄰兩次視見度為零時,M1,移動的距離,，,可求出鈉光雙線的波長差。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求,1,、調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀，使,M,1,、,M,2,大致平行,2,、用激光作光源，觀察非定域干涉條紋，并用非定域干涉條紋變化測,量激光的波長,要求：改變動鏡位置，觀察干涉條紋的變化，并連續(xù)記錄,6,次干涉條紋變化,100,條對應(yīng)的,d,值，用逐差法求,?,d,，計(jì)算激光的波長，與理論值比較，求出相對,誤差,3,、觀察鈉光產(chǎn)生的干涉條紋，測鈉光雙線波長差,要求：改變動鏡位置，觀察干涉條紋可見度變化，并連續(xù)記錄,6,次視見度為,零時的,d,值，用逐差法求,?,d,，計(jì)算鈉光雙線波長差,4,、觀察白光

9、干涉條紋,注意：要觀察到干涉條紋，應(yīng)調(diào)節(jié)兩個反射鏡與補(bǔ)償板的距離大致相等，對于絲杠,比較短的邁干儀，,M1,應(yīng)放在,30cm,處，對于絲杠較長的邁干儀，,M1,應(yīng)放在,50cm,處,數(shù)據(jù)記錄,1,、測激光波長,條紋數(shù),N,d,N,/mm,N+100,d,N+100,/mm,d,i/mm,400,500,600,100,200,?,理論,?,6328,A,0,300,2,、測鈉光雙線波長差,次數(shù),N,d,N,/mm,N+3,d,N+3,/mm,d,i/mm,4,5,1,2,?,鈉光,?,5893,A,0,3,6,數(shù)據(jù)處理,1,、測激光波長,N,?,100,d,?,1,3,?,3,?,?,d,i,?,?,?,2,?,d,i,N,?,?,1,?,0,理論,?,6328,A,E,?,?,?,理論,?,?,?,?,理論,2,、鈉光雙線波長差,1,3,?,3,?,d,?,?,d,i,?,?,鈉光,?,5893,A,0,i,?,1,?,?,?,?,2,2,?,d,?,注意事項(xiàng),1,、干涉儀中的全反射鏡、半反射鏡、補(bǔ)償板均為精密光學(xué),元件，使用中嚴(yán)