邁克耳遜干涉儀及其應(yīng)用

1、邁克耳遜干涉儀及其應(yīng)用作者:袁燕如07級(jí)工業(yè)工程（1）070103109摘要：基于1883年美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作設(shè)計(jì)制作出來(lái)的精密光學(xué)儀器。它利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)光的干涉，可以用來(lái)觀察光的等傾、等厚和多光束干涉現(xiàn)象，測(cè)定單色光的波長(zhǎng)和光源的相干長(zhǎng)度等。關(guān)鍵詞：邁克爾遜干涉儀 分振幅法 單色光 相干長(zhǎng)度Michelson interferometer and its applicationAuthor: Yuan Yanru 07 industrial projects (1) 070,103,109AbstractBased on the 1883 U.S. physicis

2、ts Michelson and Morley co-designed by sophisticated optical instruments. It uses sub-amplitude have a dual-beam method in order to achieve the optical interference can be used to observe the light, such as dumping, and so thick and multi-beam interference, the determination of monochromatic light o

3、f the wavelength of the light source and the length of coherence, and so on. Key wordsMichelson-interferometer sub-amplitude coherent monochromatic light length of the law引言基于精密的邁克耳遜干涉儀這一光學(xué)儀器，它利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)光的干涉，可以用來(lái)觀察光的等傾、等厚和多光束干涉現(xiàn)象，測(cè)定單色光的波長(zhǎng)和光源的相干長(zhǎng)度等。在此就是利用光的干涉這一原理來(lái)測(cè)量He-Ne激光的波長(zhǎng)。邁克耳遜干涉儀原理G2是一面鍍上半透半反

4、膜，M1、M2為平面反射鏡，M1是固定的，M2和精密絲相連，使其可前后移動(dòng)，最小讀數(shù)為10-4mm，可估計(jì)到10-5mm, M1和M2后各有幾個(gè)小螺絲可調(diào)節(jié)其方位。當(dāng)M2和M1嚴(yán)格平移時(shí)，M2移動(dòng),表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從，心“吐出”或向中心“消失”。兩平面鏡之間的“空氣間隙”距離增大時(shí)，中心就會(huì)“吐出”一個(gè)個(gè)條紋；反則“吞進(jìn)”一個(gè)個(gè)條紋。M2和M1不嚴(yán)格平行時(shí)，則表現(xiàn)為等厚干涉條紋，M2移動(dòng)時(shí)，條紋不斷移過(guò)視場(chǎng)中某一標(biāo)記位置，M2平移距離 d 與條紋移動(dòng)數(shù)N 的關(guān)系滿(mǎn)足。經(jīng)M2反射的光三次穿過(guò)分光板，而經(jīng)M1反射的光只通過(guò)分光板一次.補(bǔ)償板就是為了消除這種不對(duì)稱(chēng)而設(shè)置的。在使用單色光

5、源時(shí)，補(bǔ)償板并非必要，可以利用空氣光程來(lái)補(bǔ)償；但在復(fù)色光源時(shí)，因玻璃和空氣的色散不同，補(bǔ)償板則是不可缺少的。若要觀察白光的干涉條紋，兩相干光的光程差要非常小，即兩臂基本上完全對(duì)稱(chēng)，此時(shí)可以看到彩色條紋；若M1或M2稍作傾斜，則可以得到等厚的交線(xiàn)處（d=0）的干涉條紋為中心對(duì)稱(chēng)彩色直條紋，中央條紋由于半波損失為暗條紋。圖10-3干涉光程計(jì)算利用邁克爾遜干涉儀測(cè)He-Ne激光的波長(zhǎng)1干涉法測(cè)光波波長(zhǎng)原理：M1、M2完全平行，相距時(shí)。點(diǎn)光源S在鏡M1、M2中所成的像、構(gòu)成相距的相干光源，如光路所示。設(shè)到0點(diǎn)的距離為h。這種情況下，干涉現(xiàn)象發(fā)生在兩光相遇的所有空間中，因此干涉是非定域的。對(duì)于屏幕上任意

6、一點(diǎn)P處，設(shè)到0點(diǎn)的距離為h。兩像光源發(fā)出的光相遇時(shí)的光程差為，P點(diǎn)處發(fā)生相長(zhǎng)干涉的條件為： (11)由(1-1)式，保持h與d不變，令P點(diǎn)向外移動(dòng)時(shí)，、將增大，對(duì)應(yīng)級(jí)次K將伴隨減小，所以中央條紋的級(jí)次高。對(duì)于屏幕中心，(1-1)式簡(jiǎn)化為： (1-2)實(shí)驗(yàn)中，d隨M1鏡的移動(dòng)而變化。伴隨d的增大，級(jí)數(shù)K隨之增大，也就是有新的干涉條紋從中心冒出；伴隨d的減小，級(jí)數(shù)K隨之減小，干涉條紋向中心縮進(jìn)?！懊俺觥被颉翱s進(jìn)”的條紋數(shù)與M1位置變化之間的關(guān)系為： (1-3)可見(jiàn)只要測(cè)定M1鏡的位置改變量和相應(yīng)的級(jí)次變化量，就可以用式(1-3)算出光波波長(zhǎng)。2.測(cè)量He-Ne激光的波長(zhǎng)(1)讀數(shù)刻度基準(zhǔn)線(xiàn)零點(diǎn)的

7、調(diào)整。將微動(dòng)鼓輪3沿某一方向旋至零，然后以同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪1使之對(duì)齊某一刻度，以后測(cè)量時(shí)使用微動(dòng)鼓輪須以同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。值得注意的是微動(dòng)鼓輪有反向空程差，實(shí)驗(yàn)中如需反向轉(zhuǎn)動(dòng)，要重新調(diào)整零點(diǎn)。(2)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)鼓輪，可觀察到條紋一個(gè)一個(gè)地“冒出”或“縮進(jìn)”，待操作熟練后開(kāi)始測(cè)量。記下粗動(dòng)鼓輪和微動(dòng)鼓輪上的初始讀數(shù)do，每當(dāng)“冒出”或“縮進(jìn)”N=50個(gè)（也可以選取100個(gè)等）圓環(huán)時(shí)記下di，連續(xù)測(cè)量10次，每測(cè)一次算出相應(yīng)的，取平均值，以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的可靠性。結(jié)論美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為證明“以太”的存在而設(shè)計(jì)制造了世界上第一臺(tái)用于精密測(cè)量的干涉儀-邁克爾遜干涉儀，它是在平板或薄膜干涉現(xiàn)象的基

8、礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。邁克爾遜干涉儀在科學(xué)發(fā)展史上起了很大的作用，著名的邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)否定了“以太”的存在。發(fā)現(xiàn)了真空中的光速為恒定值，為愛(ài)因斯坦的相對(duì)論奠定了基礎(chǔ)。邁克爾遜用鎘紅光波長(zhǎng)作為干涉儀光源來(lái)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)米尺的長(zhǎng)度，建立了以光波長(zhǎng)為基準(zhǔn)的絕對(duì)長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。邁克耳遜光學(xué)儀器很精密，用以進(jìn)行光譜學(xué)和度量學(xué)的研究。而利用邁克爾遜干涉儀測(cè)得的He-Ne激光的波長(zhǎng)，能夠得到比較精確的，減小了很的人為誤差，使得測(cè)得的He-Ne激光的波長(zhǎng)更為精確。參考文獻(xiàn)：1. 基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)M李允中 潘維濟(jì) 天津:南開(kāi)大學(xué)出版社2. 普通物理實(shí)驗(yàn)(三,光學(xué)部分)M 楊述武 北京高等教育出版社3. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M 段長(zhǎng)虹 廣洲華南理工大學(xué)出版社4大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)第二冊(cè)，謝行