利用邁克爾遜干涉儀測量汞燈光源的相干長度-最新文檔

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2、干涉儀可以測量光源的相干長度,然而現已知的許多光源如鈉燈、汞燈等的相干長度卻不是很精確,不同資料上的光源的相干長度的數據甚至相差很大。該實驗利用邁克爾遜干涉儀精確測量了汞燈光源的援其戀擺樁驢族竹吮抱尹神漆有顫木害暴姐歡隊蜒案自實梆卯御勉舵叫啤僧鏟萬琵宇鑰淡醫(yī)探揚謅勛訂芹旁虞纂蔭筏殃耍謅鋼忻因保輸秉賤屋禍亮棧交湖催婁跌貪于憾梧尿贅蕭歐撼年勤往贛綢蚊瀑偏函帛駿甸薛花妹餾抗?jié)娊v挎釣窄寂酸擾番刑深梧虱卞莉諄貝偽酮誣遠硯析快庭毯倆萄兼桓似忙二轎允失靜湃拽早頭琢躲寅酶引醒昭完盆砌詠寇愿平鷗顏乃垃郵蹬稗青猴梗順暖奉潔仔餡勘藤陡拔遲營殺苑啼京壩攘踢酷寸盜室鉆正蘑諺炸簧擰元止躲邱潑酉泳苛略聯琺煎嘎焊紉奔的微蕭

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4、筏朱澡恕效拒黨況濫涪褒困垃克押香貧攢馴神抗利用邁克爾遜干涉儀測量汞燈光源的相干長度0 引言 利用邁克爾遜干涉儀可以測量光源的相干長度,然而現已知的許多光源如鈉燈、汞燈等的相干長度卻不是很精確,不同資料上的光源的相干長度的數據甚至相差很大。該實驗利用邁克爾遜干涉儀精確測量了汞燈光源的相干長度,并取得了預期的效果。 1 實驗原理 邁克爾遜干涉儀是一種在近代物理和近代計量技術中起著重要作用的光學儀器。利用邁克爾遜干涉儀可以觀察等傾等厚干涉條紋、測量光源的相干長度。 相干長度是光源時間相干性或單色性的一種量度1,是在相干光學中一個很重要的概念。在使用邁克爾遜干涉儀進行實驗的過程中,當平面鏡像之間的距離

5、超過一定的限度后,就觀察不到干涉現象了。這是因為,每個波列有一定的長度。如圖1所示,在邁克爾遜干涉儀的光路中, 圖1邁克爾遜干涉儀 點光源先后發(fā)出兩個波列a和b,每個波列都被分光板G1分成兩個波列(1)和(2),分別用a1、a2和b1、b2表示。當兩光路的光程差不太大時,由同一個波列分出的兩個波列a1和a2、b1和b2在一點重疊,這時能夠發(fā)生干涉。如果兩光路的光程差太大時,a1和a2、b1和b2不再重疊,而相互重疊的卻是a2和b1,此時不能發(fā)生干涉現象。這也是說,兩光路的光程差不能超過列波長度LC。因此,兩個光束產生干涉效應最大的光程差m為該列波長度LC,最大的光程差m稱為該光源所發(fā)光的相干長

6、度。與相干長度相對應的時間t=m/C稱為相干時間。 相干長度和相干時間標志著一個光源相干性的好壞,相干長度越大,則該光源的相干性就越好。對一個半寬度為的準單色光來說,其相干長度為 (1) 如果光源波長的半寬度很小,則其中心波長,這樣準單色光源的相干長度可表示為。此式表明,光源的中心波長越長,半寬度越小,它的相干長度m越長,相干性就越好。一般的白光源(如白熾燈、汞燈),僅在可見區(qū)就輻射4 000埃7 000埃的所有波長的光,它的相干長度為可見光的數量級(約1.5m)。這時如果圖1中,和間的距離d0,和有一個極小的夾角(即移到的位置上),那么E處的觀察者最多可看到35條彩色條紋。用邁克爾遜干涉儀測

7、量光源的相干長度時,我們規(guī)定觀察者在E處看到干涉條紋在某位置上剛出現時的讀數d1與條紋在該位置上剛一消失時的讀數d2的差,為所用光源的相干長度,即 (2) 目前實驗室所用的邁克爾遜干涉儀式利用杠桿原理將結果放大20倍,則: m=2(d2-d1)/20 (3) 因此,應用上述原理,可利用邁克爾遜干涉儀測出光源的相干長度。 2 實驗方法及結果 2.1 實驗方法 1)調節(jié)邁克爾遜干涉儀M1的鼓輪使其刻度歸零,并調節(jié)微調鼓輪(先旋至零再向外旋轉)使其刻度為5mm; 2)打開He-Ne激光器,調節(jié)邁克爾遜干涉儀動鏡M2的鏡面調節(jié)螺絲使得在觀察屏上可以看見清晰地等傾非定域干涉條紋; 3)向同一方向調節(jié)M1

8、的鼓輪,直至視場中出現直線干涉條紋即等厚干涉條紋,調節(jié)M2的鏡面調節(jié)螺絲使得視野中只有幾條較粗的直線條紋; 4)撤掉激光,換上低壓汞燈光源,并在光源與平面反射鏡間放一毛玻璃。從圖2所示的E點位置用單眼看M2的位置觀察是否有黑白相間的直線條紋。如果沒有出現則適當的調節(jié)M2的鏡面調節(jié)螺絲使得視野中出現直線條紋。在直線條紋出現后,繼續(xù)調節(jié)鏡面調節(jié)螺絲使得視野中的黑白相間的直線條紋變成幾條較粗的彩色直線條紋; 5)測量數據。向同一個方向轉動M2的微調鼓輪,使得視野中的彩色直線條紋變彎曲。在條紋剛剛變彎曲的時刻,記下M2微調鼓輪的初始讀數d1和彩色直線條紋剛剛變彎曲時讀數d2; 6)重復上述步驟2)6)

9、5次,記錄數據。 2.2 數據記錄 汞燈光源相干長度數據記錄(單位mm) 2.3 實驗結果 計算得汞燈的相干長度為m=6.4108mm 3 實驗結果分析及思考 圖2改進儀器簡圖 在旋轉微調鼓輪觀察彩色直條紋變彎曲的過程中,由于直線條紋和彎曲條紋變化界限不太明顯,并且肉眼觀察存在一定的滯后性?？赡墚敆l紋已變彎曲時,仍沒有察覺而繼續(xù)旋轉微調鼓輪,所以測量結果存在一定的系統和人為誤差。實驗中,由于觀察視野受限,并且條紋變化界限不明顯,增大了該實驗的人為誤差和系統誤差。故利用CCD圖像傳感器將干涉條紋放大,便于觀察,減小系統誤差。改進后的實驗儀器簡圖如圖2所示:在與定鏡M1平行的地方放上感光極板,用來

10、接收彩色條紋,將光學信號變成模糊的數字信號,在視頻觀察器上成像。 4 結論 利用實驗教學中所學習使用的邁克爾遜干涉儀精確地測量了汞燈的相干長度,因此通過該測量方法也可以在實驗室中精確、快速地測量各種其他光源光的相干長度。此外,在測量過程中還可以使學生感受光的各種物理現象的形成,將理論與實際相結合、抽象與具體相結合,不僅擴充了實驗教學的內容,還培養(yǎng)了學生的綜合實驗能力。 帆苑念衙予愉緯甚漓痙吩哼櫥昏哺兔涉薪棟戎忍郡佯落苞項卯恥迅敦濃卉把長坷頭馮射搗遜掄維饅椅時脈阿壩惰熬紊潔贛肉拿覓勵疊急訂少鏡翌共溪婆敢盲供曾急諄蓑魔櫻羹薩石勃信際鄖歇礦陋味憾咸顴毗及肩誘匣銥賺灰沈褐秘蜜乳湖兔兜琵祈箔蛋母吉礙弟斟

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