邁克爾遜干涉-李朝榮

1、北京航空航天大學北京航空航天大學物理實驗中心物理實驗中心李朝榮李朝榮實驗及應用背景介紹實驗目的和教學要求實驗原理實驗儀器實驗內容注意事項問題討論與思考輔助實驗與選做實驗邁克爾遜干涉儀的調整邁克爾遜干涉儀的調整和波長測量和波長測量一、實驗及應用背景介紹一、實驗及應用背景介紹1881年，美國物理學家邁克爾遜和莫雷為研究“以太”漂移制成精密干涉儀邁克爾遜干涉儀最先用干涉儀以光的波長測定了國際標準米尺的長度 精密地測定光波波長、微小長度、光源的相干長度等測量氣體、液體的折射率發(fā)展和改進為其它許多形式的干涉儀器二、實驗目的和教學要求二、實驗目的和教學要求熟悉邁克爾遜干涉儀的結構，掌握其調整方法；通過實驗

2、觀察，認識點光源非定域干涉條紋的形成與特點；用干涉條紋變化的特點，測定光源波長。三、實驗原理三、實驗原理1相干條件：相干條件：2邁克爾遜干涉原理邁克爾遜干涉原理 S、M1、M2和 E分布在四個不同方向，有充分的空間可以安插其它器件進行調整處理，測量上有很大的靈活性。頻率相同，振動方向相同，相位差恒定頻率相同，振動方向相同，相位差恒定邁克爾遜干涉原理圖SM1G1G2M1M2E1 12 2半反半透膜半反半透膜三、實驗原理三、實驗原理3點光源干涉點光源干涉2dLdSSGEPRM1M2M1S1S2點光源非定域干涉相對： S S，M1M1相對M2： S S2 相對M1 ： S S1 即虛光源S1、S2

3、在空間處處相干，故稱非定域干涉。三、實驗原理三、實驗原理4單色點光源的非定域干涉條紋單色點光源的非定域干涉條紋 干涉圖樣為空間旋轉雙曲面：干涉圖樣為空間旋轉雙曲面： 1) 2/(2/222222 LdzxLyS1S2zxy 屏垂直于S1和S2連線：圓形干涉條紋 屏平行于S1和S2連線：雙曲線形干涉條紋當屏處于其它方位時，條紋為何形狀？什么條件下能得到直條紋？三、實驗原理三、實驗原理5點光源等傾干涉條紋點光源等傾干涉條紋 當屏垂直于S1和S2連線時，得等傾干涉2dcos =kl k=0,1,2, 主要特點：（1）d、l一定， 角相同的條紋屬同級k，故形成同心圓環(huán)（2）d、l一定， 0 處的條紋級

4、數k0最高k02d/l （3）k、l一定，d減小時 角減小，即干涉圓環(huán)內縮；同理d增大時干涉圓環(huán)外擴（4）d=時，干涉場內無干涉條紋 四、實驗儀器四、實驗儀器邁克爾遜干涉儀 定鏡M1 動鏡M2 分束板G1補償板G2觀察屏E水平拉簧垂直拉簧粗動輪微動輪讀數窗讀數輪五、實驗內容五、實驗內容（1）粗調： 將M1、M2和調至狀態(tài) 調方位，使反射光大致（2）細調：調節(jié)M1、M2，使（3）微調：調節(jié)，使在屏正中央得一干涉條紋（4）精調：換，調節(jié)微調拉簧至中心條紋大小不隨眼睛移動而改變1邁克爾遜干涉儀的調整邁克爾遜干涉儀的調整 五、實驗內容五、實驗內容2點光源干涉測激光波長點光源干涉測激光波長等傾干涉： 2

5、dcos =kl k=0,1,2, 當中央條紋內縮或外擴N 次，光程差為2dNl于是Nd 2l l 利用逐差法處理數據利用逐差法處理數據思考：思考： N 應如何選??？六、注意事項六、注意事項1讀數機構讀數機構 主尺主尺1mm1mm，粗動輪，粗動輪0.01mm0.01mm，微動輪，微動輪0.0001mm0.0001mm 儀器誤差儀器誤差 0.00005mm0.00005mm 2 2零點誤差：零點誤差：粗動輪與微動輪零點不匹配讀數輪特點：讀數輪特點：“微微”帶帶“粗粗”動，動，“粗粗”動動“微微”不動不動消除方法：消除方法：先調先調“微微”指零，再將指零，再將“粗粗”對齊對齊刻線刻線3 3空程誤差

6、：空程誤差：螺紋間隙誤差消除方法：消除方法：始終沿一個方向旋轉讀數輪始終沿一個方向旋轉讀數輪4 4等光程位置判斷：等光程位置判斷：視場中心無干涉條紋；該位置前后條紋吞吐狀態(tài)改變該位置前后條紋吞吐狀態(tài)改變七、問題討論與思考七、問題討論與思考1課堂討論課堂討論（1 1）如何獲得點光源和面光源？）如何獲得點光源和面光源？ 激光束由于發(fā)散角很小，可近似看作平行光，經擴束鏡擴束后即可視為由焦點處發(fā)出的球面波點光源。 將上述球面波投射到毛玻璃上，由于毛玻璃的散射作用，其上每一點均可視作一點光源，合成結果形成面光源。七、問題討論與思考七、問題討論與思考1課堂討論課堂討論 圖示現(xiàn)象是條紋間距過密的表現(xiàn)，由公式

7、2dcos =kl 可知，系光程差過大所致。應旋轉讀數輪使M2向M1靠攏，此間條紋條紋應不斷內縮內縮。（2 2）實驗中微調后，有時會出現(xiàn)如圖所示）實驗中微調后，有時會出現(xiàn)如圖所示干涉環(huán)很小的現(xiàn)象，給測量帶來不便。請問干涉環(huán)很小的現(xiàn)象，給測量帶來不便。請問這是什么原因造成的？應如何處理？這是什么原因造成的？應如何處理？七、問題討論與思考七、問題討論與思考1課堂討論課堂討論（3 3）在換成面光源后，通常）在換成面光源后，通常中心條紋大小會中心條紋大小會隨眼睛移動而改變隨眼睛移動而改變。這是什么原因造成的？。這是什么原因造成的？應怎樣進行調整？應怎樣進行調整？ 這是因為M2與M1不平行，當眼睛左右移動時，目光所及處的光程差發(fā)生變化，如圖示情形，眼睛右移時將看到條紋外擴。SGEM1M2M1 應仔細調節(jié)M1的拉簧至條紋不再變動，則M2/M1 。七、問題討論與思考七、問題討論與思考2實驗后思考題實驗后思考題 書后1、2、3八、