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文檔簡介
1、北京航空航天大學(xué)北京航空航天大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心李朝榮李朝榮實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用背景介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容注意事項(xiàng)問題討論與思考輔助實(shí)驗(yàn)與選做實(shí)驗(yàn)邁克爾遜干涉儀的調(diào)整邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和波長測量和波長測量一、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用背景介紹一、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用背景介紹1881年,美國物理學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)為其它許多形式的干涉儀器二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求熟悉邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu),掌握其調(diào)整方法;通過實(shí)驗(yàn)
2、觀察,認(rèn)識(shí)點(diǎn)光源非定域干涉條紋的形成與特點(diǎn);用干涉條紋變化的特點(diǎn),測定光源波長。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)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(gè)不同方向,有充分的空間可以安插其它器件進(jìn)行調(diào)整處理,測量上有很大的靈活性。頻率相同,振動(dòng)方向相同,相位差恒定頻率相同,振動(dòng)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(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理3點(diǎn)光源干涉點(diǎn)光源干涉2dLdSSGEPRM1M2M1S1S2點(diǎn)光源非定域干涉相對(duì): S S,M1M1相對(duì)M2: S S2 相對(duì)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(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理4單色點(diǎn)光源的非定域干涉條紋單色點(diǎn)光源的非定域干涉條紋 干涉圖樣為空間旋轉(zhuǎn)雙曲面:干涉圖樣為空間旋轉(zhuǎn)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(dāng)屏處于其它方位時(shí),條紋為何形狀?什么條件下能得到直條紋?三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理5點(diǎn)光源等傾干涉條紋點(diǎn)光源等傾干涉條紋 當(dāng)屏垂直于S1和S2連線時(shí),得等傾干涉2dcos =kl k=0,1,2, 主要特點(diǎn):(1)d、l一定, 角相同的條紋屬同級(jí)k,故形成同心圓環(huán)(2)d、l一定, 0 處的條紋級(jí)
4、數(shù)k0最高k02d/l (3)k、l一定,d減小時(shí) 角減小,即干涉圓環(huán)內(nèi)縮;同理d增大時(shí)干涉圓環(huán)外擴(kuò)(4)d=時(shí),干涉場內(nèi)無干涉條紋 四、實(shí)驗(yàn)儀器四、實(shí)驗(yàn)儀器邁克爾遜干涉儀 定鏡M1 動(dòng)鏡M2 分束板G1補(bǔ)償板G2觀察屏E水平拉簧垂直拉簧粗動(dòng)輪微動(dòng)輪讀數(shù)窗讀數(shù)輪五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)粗調(diào): 將M1、M2和調(diào)至狀態(tài) 調(diào)方位,使反射光大致(2)細(xì)調(diào):調(diào)節(jié)M1、M2,使(3)微調(diào):調(diào)節(jié),使在屏正中央得一干涉條紋(4)精調(diào):換,調(diào)節(jié)微調(diào)拉簧至中心條紋大小不隨眼睛移動(dòng)而改變1邁克爾遜干涉儀的調(diào)整邁克爾遜干涉儀的調(diào)整 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2點(diǎn)光源干涉測激光波長點(diǎn)光源干涉測激光波長等傾干涉: 2
5、dcos =kl k=0,1,2, 當(dāng)中央條紋內(nèi)縮或外擴(kuò)N 次,光程差為2dNl于是Nd 2l l 利用逐差法處理數(shù)據(jù)利用逐差法處理數(shù)據(jù)思考:思考: N 應(yīng)如何選取?六、注意事項(xiàng)六、注意事項(xiàng)1讀數(shù)機(jī)構(gòu)讀數(shù)機(jī)構(gòu) 主尺主尺1mm1mm,粗動(dòng)輪,粗動(dòng)輪0.01mm0.01mm,微動(dòng)輪,微動(dòng)輪0.0001mm0.0001mm 儀器誤差儀器誤差 0.00005mm0.00005mm 2 2零點(diǎn)誤差:零點(diǎn)誤差:粗動(dòng)輪與微動(dòng)輪零點(diǎn)不匹配讀數(shù)輪特點(diǎn):讀數(shù)輪特點(diǎn):“微微”帶帶“粗粗”動(dòng),動(dòng),“粗粗”動(dòng)動(dòng)“微微”不動(dòng)不動(dòng)消除方法:消除方法:先調(diào)先調(diào)“微微”指零,再將指零,再將“粗粗”對(duì)齊對(duì)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(gè)方向旋轉(zhuǎn)讀數(shù)輪始終沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)讀數(shù)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?cè)撐恢们昂髼l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(diǎn)光源和面光源?)如何獲得點(diǎn)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(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后即可視為由焦點(diǎn)處發(fā)出的球面波點(diǎn)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(diǎn)均可視作一點(diǎn)光源,合成結(jié)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(yīng)旋轉(zhuǎn)讀數(shù)輪使M2向M1靠攏,此間條紋條紋應(yīng)不斷內(nèi)縮內(nèi)縮。(2 2)實(shí)驗(yàn)中微調(diào)后,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖所示)實(shí)驗(yàn)中微調(diào)后,有時(shí)會(huì)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(qǐng)問干涉環(huán)很小的現(xiàn)象,給測量帶來不便。請(qǐng)問這是什么原因造成的?應(yīng)如何處理?這是什么原因造成的?應(yīng)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(huì)中心條紋大小會(huì)隨眼睛移動(dòng)而改變隨眼睛移動(dòng)而改變。這是什么原因造成的?。這是什么原因造成的?應(yīng)怎樣進(jìn)行調(diào)整?應(yīng)怎樣進(jìn)行調(diào)整? 這是因?yàn)镸2與M1不平行,當(dāng)眼睛左右移動(dòng)時(shí),目光所及處的光程差發(fā)生變化,如圖示情形,眼睛右移時(shí)將看到條紋外擴(kuò)。SGEM1M2M1 應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)M1的拉簧至條紋不再變動(dòng),則M2/M1 。七、問題討論與思考七、問題討論與思考2實(shí)驗(yàn)后思考題實(shí)驗(yàn)后思考題 書后1、2、3八、
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