邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與應(yīng)用簡潔修正版ppt課件

1、 邁克爾遜干涉儀是美邁克爾遜干涉儀是美國物理學(xué)家邁克爾遜于國物理學(xué)家邁克爾遜于1881年設(shè)計的一種精細(xì)光年設(shè)計的一種精細(xì)光學(xué)儀器，用以進(jìn)展光譜學(xué)學(xué)儀器，用以進(jìn)展光譜學(xué)和度量學(xué)的研討，并準(zhǔn)確和度量學(xué)的研討，并準(zhǔn)確測出光速測出光速 。邁克爾遜與。邁克爾遜與莫雷曾用此儀器做了非常莫雷曾用此儀器做了非常著名的邁克爾遜著名的邁克爾遜莫雷實莫雷實驗，可以說它是狹義相對驗，可以說它是狹義相對論的實驗根底，為物理學(xué)論的實驗根底，為物理學(xué)的開展做出了重要奉獻(xiàn)。的開展做出了重要奉獻(xiàn)。由于在光譜學(xué)和度量學(xué)方由于在光譜學(xué)和度量學(xué)方面的奉獻(xiàn)，邁克爾遜于面的奉獻(xiàn)，邁克爾遜于1907年獲得諾貝爾物理學(xué)年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

2、獎。美籍德國人美籍德國人1852-1931A.A.Michelson 邁克爾遜干涉儀可以精細(xì)地丈量微邁克爾遜干涉儀可以精細(xì)地丈量微小長度及微小變化，利用它的原理還可小長度及微小變化，利用它的原理還可以制成各種公用干涉儀器它被廣泛地運以制成各種公用干涉儀器它被廣泛地運用于消費和科研各領(lǐng)域。用于消費和科研各領(lǐng)域。用邁克爾遜干涉儀測氣流用邁克爾遜干涉儀測氣流 光學(xué)相關(guān)光學(xué)相關(guān)CT 斷層掃描成像新技術(shù)斷層掃描成像新技術(shù)Optical Coherence Tomography簡稱簡稱OCTCT-Computed Tomography 計算機(jī)斷層成象計算機(jī)斷層成象第二代：第二代： NMR CT核磁共振成象

3、核磁共振成象第三代：第三代： 光學(xué)相關(guān)光學(xué)相關(guān)CTOCT 微米量級的空間分辨率微米量級的空間分辨率第一代：第一代： X射線射線CT射線射線CT工業(yè)工業(yè)CT“古老古老原理的現(xiàn)代運用之例原理的現(xiàn)代運用之例實驗安裝光纖化的邁克爾遜干涉儀實驗安裝光纖化的邁克爾遜干涉儀光源光源電子學(xué)系統(tǒng)電子學(xué)系統(tǒng)計算機(jī)計算機(jī)探探測測器器光纖耦合器光纖耦合器樣樣品品光纖聚焦器光纖聚焦器反反射射鏡鏡 大蔥表皮的大蔥表皮的 OCT OCT 圖像圖像 實踐樣品大小為實踐樣品大小為10mm10mm4mm4mm，圖中橫向分辨，圖中橫向分辨率約為率約為20m 20m 縱向分辨率約為縱向分辨率約為25m25m運用運用生物生物醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)資

4、料科學(xué)資料科學(xué)我國第一臺我國第一臺OCT的第一張圖的第一張圖 清華原子分子國家重點實驗室清華原子分子國家重點實驗室兔子眼球前部的兔子眼球前部的OCTOCT圖像圖像晶狀體上皮晶狀體上皮睫狀體睫狀體角膜后外表角膜后外表角膜前外表角膜前外表Nd22Ndtllttlll0000M1M22GG12半透明半透明鍍銀層鍍銀層反反射射鏡鏡 2 2反射鏡反射鏡 1 1補(bǔ)償玻璃板補(bǔ)償玻璃板察看屏察看屏M 一束光一束光在在G1G1處分振處分振幅構(gòu)成的兩幅構(gòu)成的兩束光，其光束光，其光程差就相當(dāng)程差就相當(dāng)于由于由M1M1和和M2 M2 構(gòu)成的空氣構(gòu)成的空氣膜上下兩個膜上下兩個面反射光的面反射光的光程差。光程差。d邁克爾

5、遜干涉儀光路圖表示圖邁克爾遜干涉儀光路圖表示圖 1、M2經(jīng)過經(jīng)過G1構(gòu)成像構(gòu)成像M22、S經(jīng)過經(jīng)過G1構(gòu)成像構(gòu)成像S3、S經(jīng)過經(jīng)過M1構(gòu)成像構(gòu)成像S14、S經(jīng)過經(jīng)過M2構(gòu)成像構(gòu)成像S25、得到相關(guān)光源、得到相關(guān)光源S1和和S2，在空，在空間發(fā)生干涉，構(gòu)成雙葉雙曲面族。間發(fā)生干涉，構(gòu)成雙葉雙曲面族。cos2d 根據(jù)薄膜干涉實際，根據(jù)薄膜干涉實際，1 1、2 2兩相關(guān)光束的光程差為兩相關(guān)光束的光程差為: : 等效等效= N 明紋 2N+1/2 暗紋暗紋其中其中 N=0,1,2,3,S2SS1S, 2 , 1 , 0cos2NNd 可見，當(dāng)可見，當(dāng) 、 一定時，假設(shè)一定時，假設(shè) 逐漸減小，那么逐漸減

6、小，那么 角逐漸減小，同一角逐漸減小，同一 級條紋圓環(huán)半徑減小，看到的景象級條紋圓環(huán)半徑減小，看到的景象是干涉圓環(huán)縮進(jìn)吞；假設(shè)是干涉圓環(huán)縮進(jìn)吞；假設(shè) 逐漸逐漸增大，同理，看到的景象是干涉圓環(huán)增大，同理，看到的景象是干涉圓環(huán)冒出吐。對于中央條紋，當(dāng)縮進(jìn)冒出吐。對于中央條紋，當(dāng)縮進(jìn)或冒出或冒出 次，那么光程差變化為次，那么光程差變化為dNNdN的變化量為ddNd2, 2 , 1 , 0cos2NNd 1 1當(dāng)當(dāng) 、 一定時，一定時， 角角一樣的一切光線的光程差一樣，一樣的一切光線的光程差一樣，構(gòu)成以光軸為圓心的同心圓環(huán)。構(gòu)成以光軸為圓心的同心圓環(huán)。d 2 2當(dāng)當(dāng) 、 一定時，一定時， 0 0，干涉

7、圓環(huán)就在同心圓環(huán)中心，干涉圓環(huán)就在同心圓環(huán)中心處，如處，如 0 0， 越大，那么越大，那么 越小，對應(yīng)的干涉圓環(huán)越往外，越小，對應(yīng)的干涉圓環(huán)越往外，其級次其級次 也越低。也越低。dcosN 當(dāng)條紋為等傾條紋時，挪動當(dāng)條紋為等傾條紋時，挪動M1 ，相當(dāng)于改動，相當(dāng)于改動M1 和和M2之間空氣薄膜的厚度，此時干涉條紋會出現(xiàn)之間空氣薄膜的厚度，此時干涉條紋會出現(xiàn)條紋條紋“縮進(jìn)或縮進(jìn)或“冒出的景象。冒出的景象。02Nd“縮進(jìn)或縮進(jìn)或“冒出的條紋數(shù)與挪動間隔的關(guān)系：冒出的條紋數(shù)與挪動間隔的關(guān)系：假設(shè)數(shù)出假設(shè)數(shù)出“縮進(jìn)或縮進(jìn)或“冒出的條紋數(shù)，由知波冒出的條紋數(shù)，由知波長長就可計算出就可計算出d，這就是丈量

8、微小間隔的原理；，這就是丈量微小間隔的原理；反之，由讀出的反之，由讀出的d也可測定入射光的波長，這也也可測定入射光的波長，這也是測定單色光波長的一種方法。是測定單色光波長的一種方法。Nd22Ndtllttlll000020Nllltllttlll00001G2Gd2M2M1M干涉干涉條紋條紋挪動挪動數(shù)目數(shù)目 兩相關(guān)光束在空間完全分開，并可用挪動反射鏡或在光路中參與介質(zhì)片的方法改動兩光束的光程差.挪挪動動間間隔隔1Md2Nd挪動反射鏡挪動反射鏡1G2Gd2M1M2Mtnd) 1(22插入介質(zhì)片后光程差插入介質(zhì)片后光程差光程差變化光程差變化tn) 1(2Ntn )1(2干涉條紋挪動數(shù)目干涉條紋挪動

9、數(shù)目21nNt介質(zhì)片厚度介質(zhì)片厚度tn光程差光程差d2M2M1M1M1M1M1M1M1M2M1M2M2M2M2M2M2M1M2與與M1M2重重 合合等等厚厚干干涉涉條條紋紋等等傾傾干干涉涉條條紋紋 1、明確待測物理量與儀器的聯(lián)絡(luò)。、明確待測物理量與儀器的聯(lián)絡(luò)。2、如何使兩相關(guān)光束在空間相遇？如何調(diào)、如何使兩相關(guān)光束在空間相遇？如何調(diào)理，如何判別？理，如何判別？3 、動鏡如何動？只需干涉條紋能挪動的情、動鏡如何動？只需干涉條紋能挪動的情況下才干進(jìn)展丈量；況下才干進(jìn)展丈量； 4、如何正確調(diào)整讀數(shù)構(gòu)造及控溫安裝？、如何正確調(diào)整讀數(shù)構(gòu)造及控溫安裝？ Nd22Ndtllttlll0000程度調(diào)理螺絲程度

10、調(diào)理螺絲mmnmlL421010 1、丈量、丈量He-Ne激光波長激光波長(采用逐差法采用逐差法) ，并察看其實驗景，并察看其實驗景象：象：1M 2、丈量試件的線膨脹系數(shù)，并察看其實驗景象：、丈量試件的線膨脹系數(shù)，并察看其實驗景象： 1安放試件通常實驗室曾經(jīng)安放好安放試件通常實驗室曾經(jīng)安放好 2調(diào)理邁克爾遜干涉光路，得出適宜的干涉條紋調(diào)理邁克爾遜干涉光路，得出適宜的干涉條紋 3可以采用按升高降低一定的溫度例如可以采用按升高降低一定的溫度例如2丈量丈量試件伸長量的方法試件伸長量的方法(采用逐差法采用逐差法)。 4可以采用按試件一定的伸長量例如由可以采用按試件一定的伸長量例如由20個干涉環(huán)變化算個干涉環(huán)變化算出的光程差，測出所需升高降低溫度的方法。出的光程差，測