邁克爾遜干涉儀ppt課件

1、1 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?實驗儀器實驗儀器 實驗原理實驗原理 實驗步驟實驗步驟 數(shù)據(jù)記錄與處理數(shù)據(jù)記錄與處理 注意事項注意事項 2了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)。了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)。掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用方法。掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用方法。觀察非定域干涉條紋、定域干涉條紋，測量單色光（氦氖激光）的波長。觀察非定域干涉條紋、定域干涉條紋，測量單色光（氦氖激光）的波長。測量鈉光燈的雙線波長差。測量鈉光燈的雙線波長差。3 邁克爾遜干涉儀，氦氖激光器，鈉光燈，白熾燈，毛玻璃屏，擴(kuò)束鏡等。邁克爾遜干涉儀，氦氖激光器，鈉光燈，白熾燈，毛玻璃屏，

2、擴(kuò)束鏡等。4 實驗原理實驗原理 光源光源S發(fā)出的光經(jīng)過分束板（半反鏡）發(fā)出的光經(jīng)過分束板（半反鏡）G1以后就分成強度相同兩束光以后就分成強度相同兩束光1和和2，光束光束1經(jīng)過補償板經(jīng)過補償板G2以后由固定反射鏡以后由固定反射鏡M1反射回來再一次經(jīng)過補償板反射回來再一次經(jīng)過補償板G2和半和半反鏡反鏡G1射向觀測屏射向觀測屏P; ;同時光束同時光束2經(jīng)過經(jīng)過平面反射鏡平面反射鏡M2反射，穿過補償板反射，穿過補償板G1也也射向觀測屏；由于兩束光是相干光，射向觀測屏；由于兩束光是相干光，所以就可以在觀測屏觀察到干涉現(xiàn)象。所以就可以在觀測屏觀察到干涉現(xiàn)象。用邁克爾遜干涉儀可觀察非定域干涉用邁克爾遜干涉儀

3、可觀察非定域干涉和定域干涉，定域干涉又分為等傾干和定域干涉，定域干涉又分為等傾干涉和等厚干涉。涉和等厚干涉。邁克耳遜干涉儀光路圖邁克耳遜干涉儀光路圖5由氦氖激光經(jīng)擴(kuò)束鏡匯聚形成的點光源由氦氖激光經(jīng)擴(kuò)束鏡匯聚形成的點光源S發(fā)出發(fā)出的光經(jīng)平面鏡的光經(jīng)平面鏡M1和和M2反射后，相當(dāng)于兩虛光反射后，相當(dāng)于兩虛光源源S1和和S2發(fā)出的相干光束。發(fā)出的相干光束。 S1與與S2間的距間的距離為離為M1和和M2的距離的距離d的兩倍。虛光源的兩倍。虛光源S1和和S2發(fā)出的球面波在其相遇的空間處相干，只要發(fā)出的球面波在其相遇的空間處相干，只要觀察屏放在兩點光源發(fā)出光波的重疊區(qū)域內(nèi)，觀察屏放在兩點光源發(fā)出光波的重疊

4、區(qū)域內(nèi)，都能看到干涉現(xiàn)象，這種干涉叫非定域干涉。都能看到干涉現(xiàn)象，這種干涉叫非定域干涉。虛光源虛光源S1、S2到屏上任一點到屏上任一點A的光程差的光程差1 （暗紋）（明紋）2/) 12(cos2kkd6（1） 時的光程差最大，觀察屏上圓心處對應(yīng)干涉條紋的級別最高。時的光程差最大，觀察屏上圓心處對應(yīng)干涉條紋的級別最高。d增大時，增大時，若級別若級別k一定，一定，增大，條紋從中心用出向外擴(kuò)張；增大，條紋從中心用出向外擴(kuò)張；d減小時，若減小時，若k一定，一定，減小，減小，條紋向中心收縮，最后條紋向中心收縮，最后“淹沒淹沒”在中心。每在中心。每“涌出涌出”或或“淹沒淹沒”一個明圓環(huán)，一個明圓環(huán)，S1S

5、2的光程差改變一個波長的光程差改變一個波長。設(shè)。設(shè)M1移動距離移動距離d時，時，“涌出涌出”或或“淹沒淹沒”的條的條紋數(shù)為紋數(shù)為N，則，則 (1)(1) 這樣在邁克耳遜干涉儀上讀出這樣在邁克耳遜干涉儀上讀出 ，數(shù)出條紋變化，數(shù)出條紋變化N，就可以求出光波波長，就可以求出光波波長。（2）d較大時，干涉條紋級別較高，且又細(xì)又密；較大時，干涉條紋級別較高，且又細(xì)又密； d較小時，干涉條紋級別較低，且又粗又疏。較小時，干涉條紋級別較低，且又粗又疏。（3）若將）若將作為標(biāo)準(zhǔn)值，測出作為標(biāo)準(zhǔn)值，測出“涌出涌出”或或“淹沒淹沒”N個圓環(huán)的個圓環(huán)的（M1移動的距離），與移動的距離），與(1)式算出的理論值比較

6、，可以校正儀器傳動系統(tǒng)的誤差。式算出的理論值比較，可以校正儀器傳動系統(tǒng)的誤差。（4）若將傳動系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，則由）若將傳動系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，則由N和和 可測定單色光源的波長可測定單色光源的波長。0Nd /2d實d實d7薄膜等傾干涉是分振幅干涉。薄膜等傾干涉是分振幅干涉。設(shè)薄膜上下表面平行。如圖設(shè)薄膜上下表面平行。如圖a1與與a2的光程差為的光程差為即入射角相同的點的光程差即入射角相同的點的光程差 相同，故稱等傾干涉。干涉相同，故稱等傾干涉。干涉圖樣為同心圓圖樣為同心圓 。條紋方程條紋方程干涉圖象中，隨著干涉圖象中，隨著d 的增大的增大或減小，條紋從中心或減小，條紋從中心“冒出冒出”或向中心或向中心“

7、縮入縮入” 。設(shè)。設(shè)M1移動移動 d時，時，K的變化量為的變化量為N則則 數(shù)出數(shù)出N個條紋對應(yīng)的個條紋對應(yīng)的 d，即可求出波長，即可求出波長 。cos2d（暗環(huán)）明環(huán)2) 12()(cos2KKd2Nd 等傾干涉光路圖等傾干涉光路圖8 若上下底面不平行，光線經(jīng)上下表若上下底面不平行，光線經(jīng)上下表面反射后得到的一對相干光面反射后得到的一對相干光a1與與a2，將不再平行，如圖。設(shè)某處膜的厚將不再平行，如圖。設(shè)某處膜的厚度為度為d,如果入射角如果入射角以及的夾角以及的夾角都很小時，兩束相干光的光程差都很小時，兩束相干光的光程差 為為2d22dd干涉條紋沿等厚線分布，故稱為等厚干涉。干涉條紋沿等厚線分

8、布，故稱為等厚干涉。很小時，很小時， =2=2d d，干涉圖樣是等距離分布干涉圖樣是等距離分布的明暗相間的直條紋；離中央條紋較遠(yuǎn)處，的明暗相間的直條紋；離中央條紋較遠(yuǎn)處， 影響較大，條紋彎曲凸向中央條紋，離交影響較大，條紋彎曲凸向中央條紋，離交線越遠(yuǎn)，條紋越彎曲。線越遠(yuǎn)，條紋越彎曲。等厚干涉原理等厚干涉原理9 鈉光源的兩條臨近強譜線的波長鈉光源的兩條臨近強譜線的波長 1和和 2，移動，移動M1，當(dāng)光程差滿足，當(dāng)光程差滿足 時，時， 2光形成的明條紋處光形成的明條紋處 1光形成暗條紋。這時條紋的對比度最小。光形成暗條紋。這時條紋的對比度最小。 當(dāng)當(dāng)M1鏡繼續(xù)移動時，兩個條紋繼續(xù)錯開，條紋的對比度

9、又逐漸增加，條紋逐漸清鏡繼續(xù)移動時，兩個條紋繼續(xù)錯開，條紋的對比度又逐漸增加，條紋逐漸清晰。當(dāng)晰。當(dāng) 時，條紋的對比度再次減小。由上述兩式，可得鈉雙線的波長差時，條紋的對比度再次減小。由上述兩式，可得鈉雙線的波長差 （2）1221)21(2KKdL122121) 1()(2KKKKdLd221210 實驗步驟實驗步驟 （1） 調(diào)節(jié)干涉儀式導(dǎo)軌大致水平，調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪，使活動鏡大致移至導(dǎo)軌調(diào)節(jié)干涉儀式導(dǎo)軌大致水平，調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪，使活動鏡大致移至導(dǎo)軌30mm刻度處，使刻度處，使M1、M2鏡與分束鏡上反射膜的距離大致相等。調(diào)節(jié)傾度鏡與分束鏡上反射膜的距離大致相等。調(diào)節(jié)傾度微調(diào)螺絲，使其拉簧松勁適中，使

10、氦氖激光器大致垂直于微調(diào)螺絲，使其拉簧松勁適中，使氦氖激光器大致垂直于M2。（2）調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)M1和和M2相互垂直。相互垂直。（3） 在氦氖激光器的實際光路中加入擴(kuò)束鏡，使擴(kuò)束光照在分束鏡上，此時在氦氖激光器的實際光路中加入擴(kuò)束鏡，使擴(kuò)束光照在分束鏡上，此時屏上一般會出現(xiàn)干涉條紋，細(xì)調(diào)屏上一般會出現(xiàn)干涉條紋，細(xì)調(diào)M2鏡水平微調(diào)螺絲和豎直微調(diào)螺絲，直到鏡水平微調(diào)螺絲和豎直微調(diào)螺絲，直到眼睛晃動觀察時無條紋移動，說明眼睛晃動觀察時無條紋移動，說明M1和和M2完全垂直。觀察屏上出現(xiàn)環(huán)狀非完全垂直。觀察屏上出現(xiàn)環(huán)狀非定域干涉條紋。如果沒有出現(xiàn)干涉條紋，應(yīng)該移走擴(kuò)束鏡，從頭再調(diào)。定域干涉條紋。如果沒有出現(xiàn)

11、干涉條紋，應(yīng)該移走擴(kuò)束鏡，從頭再調(diào)。（4） 觀察條紋變化，熟悉儀器的使用。轉(zhuǎn)動干涉儀的微調(diào)手輪，觀察條紋觀察條紋變化，熟悉儀器的使用。轉(zhuǎn)動干涉儀的微調(diào)手輪，觀察條紋“涌出涌出”和和“淹沒淹沒”，判別，判別M1與與M2間的距離間的距離d的變化，觀察條紋粗細(xì)、疏的變化，觀察條紋粗細(xì)、疏密情況，判斷密情況，判斷d的變化，且與圖的變化，且與圖 進(jìn)行比較，待操作熟練后，將條紋調(diào)好，準(zhǔn)進(jìn)行比較，待操作熟練后，將條紋調(diào)好，準(zhǔn)備測量。備測量。11（1）讀數(shù)系統(tǒng)的調(diào)整。在整個測量過程中只能以同方向轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪使）讀數(shù)系統(tǒng)的調(diào)整。在整個測量過程中只能以同方向轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪使M1鏡移動，鏡移動，開始測量前應(yīng)將微調(diào)手輪

12、轉(zhuǎn)動若干周，直到干涉條紋穩(wěn)定移動后方可開始計數(shù)開始測量前應(yīng)將微調(diào)手輪轉(zhuǎn)動若干周，直到干涉條紋穩(wěn)定移動后方可開始計數(shù)測量。測量。（2）用非定域干涉條紋測激光波長。緩慢轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，讓調(diào)好的非定域干涉條）用非定域干涉條紋測激光波長。緩慢轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，讓調(diào)好的非定域干涉條紋紋“涌出涌出”（或（或“淹沒淹沒”）。記下當(dāng)條紋中心最亮和當(dāng)干涉條紋）。記下當(dāng)條紋中心最亮和當(dāng)干涉條紋“涌出涌出”（“淹沒淹沒”）的條紋數(shù)）的條紋數(shù)N=100時時M1鏡位置讀數(shù)鏡位置讀數(shù)d0、d100，將數(shù)據(jù)填入表格，重，將數(shù)據(jù)填入表格，重復(fù)測量復(fù)測量6次。次。（3）根據(jù)（）根據(jù)（1）式計算出波長）式計算出波長。計算不確定度，并與

13、標(biāo)準(zhǔn)值比較，求出相對誤。計算不確定度，并與標(biāo)準(zhǔn)值比較，求出相對誤差。差。12 非定域干涉條紋測激光波長做完后，調(diào)節(jié)毛玻璃屏上的同心圓條環(huán)最大，且非定域干涉條紋測激光波長做完后，調(diào)節(jié)毛玻璃屏上的同心圓條環(huán)最大，且圓心在亮斑中心。在擴(kuò)束鏡和分光板之間放一毛玻璃，使激光束經(jīng)透鏡發(fā)出圓心在亮斑中心。在擴(kuò)束鏡和分光板之間放一毛玻璃，使激光束經(jīng)透鏡發(fā)出的球面波漫射成為擴(kuò)展的面光源。觀察的球面波漫射成為擴(kuò)展的面光源。觀察M1鏡方向的等傾條紋。進(jìn)一步調(diào)節(jié)鏡方向的等傾條紋。進(jìn)一步調(diào)節(jié)M2鏡微調(diào)螺釘，使上下移動眼睛時個圓環(huán)的大小不變，而僅僅是圓心隨眼鏡微調(diào)螺釘，使上下移動眼睛時個圓環(huán)的大小不變，而僅僅是圓心隨眼睛

14、移動而移動，并且干涉條紋反差大，此時睛移動而移動，并且干涉條紋反差大，此時M1鏡與鏡與M2鏡完全平行，就可以鏡完全平行，就可以看到嚴(yán)格的等傾條紋?？吹絿?yán)格的等傾條紋。 微微轉(zhuǎn)動微微轉(zhuǎn)動M2鏡的微調(diào)螺釘，此時鏡的微調(diào)螺釘，此時M1鏡與鏡與M2鏡不再平行，轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，鏡不再平行，轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，使使M1鏡前后移動，觀察干涉條紋的變化規(guī)律，并與圖鏡前后移動，觀察干涉條紋的變化規(guī)律，并與圖 比較。比較。13（1）以鈉光為光源，使其照射到毛玻璃屏并形成均勻的擴(kuò)束光源以便于增）以鈉光為光源，使其照射到毛玻璃屏并形成均勻的擴(kuò)束光源以便于增強條紋的亮度。在毛玻璃屏與分光鏡強條紋的亮度。在毛玻璃屏與分光鏡P之間

15、放一叉線并進(jìn)行觀察。這時之間放一叉線并進(jìn)行觀察。這時可出現(xiàn)干涉條紋，仔細(xì)慢慢調(diào)節(jié)可出現(xiàn)干涉條紋，仔細(xì)慢慢調(diào)節(jié)M2鏡下的水平微調(diào)螺絲和豎直微調(diào)螺絲，鏡下的水平微調(diào)螺絲和豎直微調(diào)螺絲，使條紋呈圓形。使條紋呈圓形。（2）緩慢移動）緩慢移動M1鏡，使視場中心的可見度最小，記下鏡，使視場中心的可見度最小，記下M1鏡的位置鏡的位置d1，再沿，再沿原來方向移動原來方向移動M1鏡，直到可見度最小，記下鏡，直到可見度最小，記下M1鏡的位置鏡的位置d2，即得到，即得到d d。（3 3）重復(fù)上述步驟）重復(fù)上述步驟3 3次，求得次，求得 代入（代入（2 2）式，計算出鈉光的雙線波長差）式，計算出鈉光的雙線波長差d14

16、 數(shù)據(jù)記錄與處理數(shù)據(jù)記錄與處理 次數(shù)次數(shù)Nd0/mmd100/mmd/mm123456nm81.632標(biāo)準(zhǔn)1.數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄152.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理（1）計算激光波長）計算激光波長 和不確定度和不確定度 。（2）寫出測量結(jié)果）寫出測量結(jié)果U%100標(biāo)標(biāo)EU16 注意事項注意事項 1 切勿用手觸摸光學(xué)儀器表面。切勿用手觸摸光學(xué)儀器表面。2 調(diào)節(jié)螺釘和轉(zhuǎn)動手輪時，一定要輕、慢，不能強扭硬扳。反射鏡背后的微調(diào)調(diào)節(jié)螺釘和轉(zhuǎn)動手輪時，一定要輕、慢，不能強扭硬扳。反射鏡背后的微調(diào)螺釘不可旋得太緊，防止鏡面變形。調(diào)整反射鏡背后微調(diào)螺釘時，先要把微螺釘不可旋得太緊，防止鏡面變形。調(diào)整反射鏡背后微調(diào)螺釘時，先要把微調(diào)螺釘調(diào)在中間位置，以便能在兩個方向上微調(diào)。儀器上所有鎖緊螺釘、鎖調(diào)螺釘調(diào)在中間位置，以便能在兩個方向上微調(diào)。儀器上所有鎖緊螺釘、鎖緊螺母不能擰得過緊。緊螺母不能擰得過緊。3 測量中，轉(zhuǎn)動手輪只能緩慢的沿著一個方向移動，否則會引起較大空回誤差。測量中，轉(zhuǎn)動手輪只能緩慢的沿著一個方向移動，否則會引起較大空回誤差。4 激光器電源應(yīng)平穩(wěn)放置，避免觸及其輸出電極。激光器電源應(yīng)平穩(wěn)放置，避免觸及其輸出電極。5 不要用眼睛直接看激光。不要用眼睛直接看激光。172