遜干涉儀的調(diào)整與應(yīng)用

1、實(shí)驗(yàn)十遜儀的調(diào)整與使用光的現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的一種表現(xiàn)當(dāng)一束光被分成兩束，經(jīng)過不同路徑再相遇時(shí)，如果光程差小于該束光的相干長度，將會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)象遜儀是一種利用遜曾用它完成分割光波振幅的方法實(shí)現(xiàn)的精密光學(xué)儀器自 1881 年問世以來，了三個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)：否定“以太”的遜實(shí)驗(yàn)，光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)和利用光波波長標(biāo)定長度遜儀結(jié)構(gòu)簡單、光路直觀、精度高，其調(diào)整和使用具有典型性根據(jù)遜儀的基本原理發(fā)展的各種精密儀器已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和科研領(lǐng)域【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?了解遜儀的結(jié)構(gòu)原理和調(diào)節(jié)方法；2觀察非定域、定域等傾、等厚及白光現(xiàn)象；3測(cè)量光波波長，了解條紋可見度等概念的物理意義【實(shí)驗(yàn)原理】1遜儀的結(jié)構(gòu)原理儀的典型光路如圖遜M2 M

2、11 所示圖中1和2是兩面平面反射鏡，分別裝在相互垂直的兩臂上1位置固定而2可通過精密絲桿沿臂長方向移動(dòng)；2傾角固定而1的傾角可通過背面螺絲調(diào)節(jié)G1和G2是兩塊完全相1光源G1M12G2同的玻璃板，在G 的后表面上鍍有半1透明的銀膜，能使入射光分為振幅相等的反射光和透射光，稱為分光板G1和G2與M1和M2成 45角傾斜安裝由光源發(fā)出的光束，通過分光板G1分成反射光束 1 和透射光束 2，分別射向M2和M1，并被反射回到G1由于兩束E圖 1遜于涉儀的典型光路光是相干光，從而產(chǎn)生儀中G2稱為補(bǔ)償板，是為了使光束 2 也同光束 1 一樣地三次通過玻璃板，以保證兩光束間的光程差不致過大(這對(duì)使用單色性

3、不好的光源是必要的)由于G1銀膜的反射，使在M2附近形成M1的一個(gè)虛象M1因此，光束 1 和光束 2 的干涉等效于由M2和M1之間空氣薄膜產(chǎn)生的2等傾(定域)如圖 2 所示，波長為的光束y經(jīng)間隔為d的上下兩平面M2 和M1反射，反射后的光束分別為y1和y2- 51 -設(shè)y1經(jīng)過的光程為l，y2經(jīng)過的光程為l+l，l即為這兩束光的光程差（ l = AB BD ），如果入射角為，則l 2d cos 當(dāng)l 2d cos k 時(shí)，為亮紋圖 2 等傾光路圖l 2d cos ( 2k 1)時(shí)，為暗紋2級(jí)序數(shù)，與某條其中 k 為整數(shù)，稱條紋對(duì)應(yīng)M1、M2上下表面平行時(shí)，可以觀察到明暗相間的圓形條紋，這種叫等

4、傾M2鏡每移動(dòng)增加或減少 / 2 距離，視場中心就吐出一個(gè)環(huán)紋或吞進(jìn)一個(gè)環(huán)紋視場中紋變化或移過的數(shù)目N與M2移動(dòng)距離d間的關(guān)系是：條d = N 2（1）上式表明，已知M2移動(dòng)的距離，并N，就可確定光的波長觀察圓環(huán)的環(huán)心，如增大 d，k 也增大，環(huán)心的級(jí)次也增大，環(huán)心不斷吐出環(huán)紋，（a）（b）圖 3條紋- 52 -環(huán)紋增多變密；如減小 d，則發(fā)生相反的情景，環(huán)心不斷吞進(jìn)環(huán)紋，條紋減少變疏（見圖 3（a）如果M1和M2不平行，這時(shí)就能觀察到等厚直條紋（有時(shí)微有彎曲，見圖 3（b）當(dāng)由雙單色波組成的光源(或是由一定波長范圍的實(shí)際光源)發(fā)出的光束入射至遜儀時(shí)，觀測(cè)到的條紋隨光程差的變化（變動(dòng)M2的位置

5、），條紋的視見度將發(fā)生周期性的變化若光源包含兩種波長接近的光1，2，如滿足2d k1 ，條紋為亮紋 22d k，條紋為暗紋222d 2d 1（2）212則的亮紋與2的暗紋相互疊加，視場模糊當(dāng) d 改變?yōu)?d，并滿足2d k 1 ，條紋為亮紋2d k 2 2 ，視場中條紋變得清晰當(dāng) d改變?yōu)閐 ，并滿足條紋為亮紋2d k 1 ，條紋為亮紋 322d k ，條紋為暗紋222d 2d 3（3）212視場中條紋又變得模糊這樣視場中的條紋由模糊到清晰又到模糊由式（3）-（2）得2d ( 1 1 ) 1（4）21其中 d d d ，因?yàn)椋?接近， ，- 53 -2 ( 2 ) （5）12d由上式可知，如測(cè)

6、出相鄰兩次條紋模糊時(shí)M2的移動(dòng)距離d則到雙單色波的波長差3非定域如圖 4 所示，一個(gè)點(diǎn)光源S發(fā)出的光束經(jīng)儀M1和M2反射后，相當(dāng)于由兩個(gè)虛光源S1和S2發(fā)出的相干光束，S1和S2間的距離為M1和M2間距兩倍，將觀察屏放入光場疊加區(qū)的任何位置處，都可觀察到條紋，這種條紋稱為非定域條紋圖 4非定域【實(shí)驗(yàn)儀器】WSM-100 型擴(kuò)束鏡、白熾燈遜儀、鈉燈、毛玻璃屏、CCD、透鏡、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、激光器、【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1調(diào)整遜儀觀察等傾條紋在鈉光燈管前覆蓋一毛玻璃片，即成為擴(kuò)展面光源先移動(dòng)M1使之與M2離G1的距離大致相等，然后將一小孔板覆在毛玻璃上，形成點(diǎn)光源，并使小孔與G1等高，此時(shí)在E處可觀察到分別被M

7、1與M2及G1反射的光點(diǎn)像當(dāng)微動(dòng)M1背后的螺絲時(shí)，可發(fā)現(xiàn)某一亮點(diǎn)隨之移動(dòng)，旋動(dòng)不同的螺絲，可使亮點(diǎn)向不同方向移動(dòng)只要使兩個(gè)最亮的像點(diǎn)在視場中心的位置完全重合，就說明M1與M2已接近嚴(yán)格平行此時(shí)取下小孔板，一般即可觀察到條紋若看不到條紋或條紋非常模糊，則可再稍許改變一下M2的位置，甚至重新放上小孔板，再檢查兩個(gè)亮點(diǎn)的重合情形，直至能觀察到條紋為止條紋不是同心圓環(huán)或條紋的圓心不在視場，則還需仔細(xì)微調(diào)M1背面的若發(fā)現(xiàn)螺絲(動(dòng)作必須極其輕緩)，以獲得同心圓環(huán)狀條紋當(dāng)觀察眼睛上下、左右移動(dòng)時(shí)，如果條紋出現(xiàn)“吞”、“吐”等現(xiàn)象，則還必須進(jìn)一步細(xì)調(diào)水平拉簧螺絲或垂直拉簧螺絲，直至條紋的“吞”、“吐”變化基本

8、并與視場中心對(duì)稱為止這時(shí)M1與M2嚴(yán)格平行，呈現(xiàn)出典型的等傾條紋在 E 處放置透鏡和 CCD，仔細(xì)調(diào)節(jié)透鏡和 CCD 的位置，直到計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)清晰的等傾條紋2測(cè)定鈉光的波長觀察到等傾條紋后，移動(dòng)M2的位置，可觀察到條紋從圓環(huán)中心“吞”入或“吐”條紋“吞”入或“吐”出 50 條(N = 50)相對(duì)應(yīng)的d值，至少測(cè)六次出現(xiàn)象，與以上根據(jù)(1)式用逐差法計(jì)算鈉光燈光波波長的實(shí)驗(yàn)值(數(shù)據(jù)表格自擬)3測(cè)定鈉雙線（D1，D2）的波長差移動(dòng)M2的位置，測(cè)出相鄰兩次條紋模糊時(shí)M2的移動(dòng)距離d，重復(fù) 3 次，取其平均，依據(jù)（5）式計(jì)算鈉雙線的波長差4觀察非定域現(xiàn)象- 54 -調(diào)節(jié)激光器出射激光的方位，使激光

9、束垂直照射到G1上，在E處用毛玻璃屏接收，可觀察到分別被M1與M2及G1反射的激光斑，當(dāng)微動(dòng)M1背后的螺絲時(shí)，可發(fā)現(xiàn)某一亮點(diǎn)隨之移動(dòng)，旋動(dòng)不同的螺絲，可使亮點(diǎn)向不同方向移動(dòng)只要使兩個(gè)最亮的像點(diǎn)在視場中心的位置完全重合，就說明M1與M2已接近嚴(yán)格平行用擴(kuò)束鏡擴(kuò)展激光束，即在毛玻璃屏上可觀察到弧形條紋，仔細(xì)微調(diào)M1背面的螺絲（動(dòng)作必須極其輕緩），以獲得同心圓環(huán)狀條紋移動(dòng)M2的位置，可觀察到心“吞”入或“吐”出現(xiàn)象條紋從圓環(huán)中5觀察白光現(xiàn)象移動(dòng)M2的位置，使條紋變疏，變粗當(dāng)毛玻璃屏上只剩下極少數(shù)圓環(huán)時(shí)，微調(diào)M1背面的一個(gè)螺絲，使M1與M2形成一個(gè)很小的角度，圓環(huán)變成弧形條紋，緩慢移動(dòng)M2的位置，當(dāng)弧形條紋的曲率半徑的方向發(fā)生變化（凸變凹）時(shí)，即為d = 0附近，此時(shí)換上白光光源，繼續(xù)緩慢移動(dòng)M2的位置，直到視場中出現(xiàn)彩色條紋【注意事項(xiàng)】不能用手觸摸各光學(xué)元件調(diào)節(jié)M1背后的螺絲和微調(diào)螺釘不要讓激光直射入眼應(yīng)緩緩旋轉(zhuǎn)【思考題】1試根據(jù)遜儀的光路，說明各光學(xué)元件的作用，并簡要敘述調(diào)出