邁克爾遜干涉儀

1、邁 克 耳 遜 干 涉 儀,邁克耳遜(A.A.Michelson)干涉儀,邁克耳孫干涉儀,分束玻片,補(bǔ)償玻片,反射鏡,反射鏡,M,1,觀察屏,入射光線,等傾和等厚光路,等 厚 干 涉 條 紋,等 傾 干 涉 條 紋,邁克耳遜干涉儀的干涉條紋,M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng)

2、,M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),1,M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),1,M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),1,M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉

3、條紋 的移動(dòng),1,M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),1,M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),1,M,M,1,2,當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,干涉條紋 的移動(dòng),1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉

4、條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離

5、變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1,M,M,1,2,干涉條紋 的移動(dòng),當(dāng),M,M,

6、1,2,與,之間距離變大 時(shí)，圓形干涉 條紋向外擴(kuò)張, 干涉條紋變密,之,1. 1892年，邁克爾遜利用干涉儀首先測定了鎘(Cd)的波長為643.84696nm. 因?yàn)楣獾牟ㄩL穩(wěn)定，容易再現(xiàn)，特別是在干涉儀上光的波長能直接當(dāng)作長度單位。所以，用光的波長作為長度基準(zhǔn)是方便的。在1960年第11屆國際計(jì)量會議上曾決定以氪-86橙線的波長作為長度基準(zhǔn)，規(guī)定,邁克爾遜將畢生的精力都獻(xiàn)給了研制干涉儀和精確測定光速的事業(yè)，于1907年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),邁克耳遜干涉儀,2. 精密長度測量（利用干涉條紋的移動(dòng),當(dāng)M1的移動(dòng)距離為/2時(shí)，觀察者將看到一條明紋或暗紋移過視場中的十字叉絲。如數(shù)出條紋移動(dòng)的數(shù)目N,

7、 則可得出平面鏡M1平移的距離：d=N/2,于是， 和 間距離變化一個(gè) ，則條紋移動(dòng)一條,若兩臂相等，則玻璃管內(nèi)氣體抽空前后的光程差為,在邁克爾遜干涉儀的一臂放入一個(gè)長為d=0.20m的玻璃管，并充以一個(gè)大氣壓的氣體，用波長為546nm的光產(chǎn)生干涉，當(dāng)將玻璃管內(nèi)的氣體逐漸抽成真空的過程中，觀察到有205條干涉條紋的移動(dòng)。試計(jì)算氣體的折射率n,3. 測量介質(zhì)的折射率,解,邁克耳遜干涉儀,對不同特殊用途，設(shè)計(jì)制造了許多專用干涉儀,顯微干涉儀：測表面光潔度 泰曼-格林干涉儀：測光學(xué)元件成象質(zhì)量 干涉比長儀測長度 瑞利干涉儀：測氣體、液體折射率 測星干涉儀：測星球角直徑,美國新墨西哥州射電干涉儀,邁克

8、耳遜干涉儀,意大利用于探測引力波臂長3km的邁克爾孫干涉儀的真空管,邁克耳遜干涉儀,例：邁克爾孫星體干涉儀,增大M1、M2的距離至屏上干涉條紋剛好消失，從而計(jì)算星體的角寬度,邁克耳遜干涉儀,例：馬赫曾德干涉儀 根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)原理，航空工程中用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來研究飛機(jī)在空氣中飛行時(shí)空氣中的情況。由于氣體中各處壓強(qiáng)或密度的差異可以通過折射率的變化反映出來，所以用干涉方法研究氣體中各處的折射率便可推知?dú)怏w中壓強(qiáng)或密度分布。圖中所示是為此目的設(shè)計(jì)的馬赫曾德干涉儀原理圖和高速氣流經(jīng)過尖錐時(shí)某時(shí)刻的干涉圖樣。干涉儀的調(diào)節(jié)狀態(tài)是使平波面與通過氣流的波面略有傾斜，這樣在不受影響的氣體區(qū)域中有等間距的平行直條紋,電視塔

9、模型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),邁克耳遜干涉儀,電視塔模型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),邁克耳遜干涉儀,例：在邁克爾遜干涉儀的一個(gè)臂放入一個(gè)長為d=0.2m的玻璃管，并充以一個(gè)大氣壓的氣體，用波長為546nm的光產(chǎn)生干涉，當(dāng)將玻璃管內(nèi)的氣體逐漸抽成真空的過程中，觀察到有205條干涉條紋的移動(dòng)。試計(jì)算氣體折射率n,解,當(dāng)M1、M2的鏡面相互不垂直時(shí)，空氣膜為劈尖，可觀察到等間距的直線等厚條紋,多光束的干涉,一 、多光束的干涉,楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中的雙縫，以多縫代之，結(jié)果將如何呢？在多縫情況下，我們將同頻率、同振動(dòng)方向、位相依次相差同一數(shù)值的N束光相干，稱之為多光束的干涉,二、加強(qiáng)和減弱的條件,1. 復(fù)習(xí)多個(gè)同方向同頻率諧振動(dòng)的合成

10、的一種特殊情況，位相依次相差同一數(shù)值,用矢量圖解法：設(shè)N束光，用a1,a2,a3,a4,aN代表各光束的振幅矢量，位相依次相差. 為了簡單設(shè)a1=a2=a3=aN=a,當(dāng)=2k(k=0,1,2,)即=0,2,4,那么，A=Na，I(光強(qiáng))=A2=(Na)2 這是主極大,多縫干涉光強(qiáng)曲線,當(dāng)=2k/N (N=2k,k=1,2,3,但k不能取0,N,2N, 因?yàn)閗取0,N,2N則=0,2,4,為主極大情形,那么，A=0，I(光強(qiáng))=A2=0 這是極小,舉例：k=1,=2/N,為了簡化N取4，則=/2；若N取8，則=/4,當(dāng)=(2k+1)/N (k=1,2,3, 但k不能取0,N-1,N, 因?yàn)橄路娇蛑械亩及谥鳂O大中，應(yīng)排除在外,那么，這種情況中的A大小比起主極大的Na要小得多，但比極小要大，故稱為次極大,K取0， =/N K取N-1,=(2k-1)/N K取N， =(2k+1)/N,討論,N=3,N=4,我們可以分析得出兩個(gè)相鄰的主極大之間應(yīng)有 N-1=4 個(gè)極小，有N-2=3個(gè)次極大,N=5,依次類推，N 越大（縫越多），那 N-1個(gè)極小就越大，暗紋越來越多，暗紋和次極大幾乎連成一片，形成微亮的暗背景，主極大越來越細(xì)窄，非常明亮。這就是多光束干涉條紋的特點(diǎn),相干長度,原因：當(dāng)一對