邁克耳遜干涉儀及其應(yīng)用

1、物理實驗論文 1/26/2022 邁克遜干涉儀邁克耳遜干涉儀及其應(yīng)用作者:袁燕如07級工業(yè)工程（1）070103109摘要：基于1883年美國物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作設(shè)計制作出來的精密光學(xué)儀器。它利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)光的干涉，可以用來觀察光的等傾、等厚和多光束干涉現(xiàn)象，測定單色光的波長和光源的相干長度等。關(guān)鍵詞：邁克爾遜干涉儀 分振幅法 單色光 相干長度Michelson interferometer and its applicationAuthor: Yuan Yanru 07 industrial projects (1) 070,103,109AbstractBased on

2、 the 1883 U.S. physicists Michelson and Morley co-designed by sophisticated optical instruments. It uses sub-amplitude have a dual-beam method in order to achieve the optical interference can be used to observe the light, such as dumping, and so thick and multi-beam interference, the determination o

3、f monochromatic light of the wavelength of the light source and the length of coherence, and so on. Key wordsMichelson-interferometer sub-amplitude coherent monochromatic light length of the law引言基于精密的邁克耳遜干涉儀這一光學(xué)儀器，它利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)光的干涉，可以用來觀察光的等傾、等厚和多光束干涉現(xiàn)象，測定單色光的波長和光源的相干長度等。在此就是利用光的干涉這一原理來測量He-Ne激光的

4、波長。邁克耳遜干涉儀原理G2是一面鍍上半透半反膜，M1、M2為平面反射鏡，M1是固定的，M2和精密絲相連，使其可前后移動，最小讀數(shù)為10-4mm，可估計到10-5mm, M1和M2后各有幾個小螺絲可調(diào)節(jié)其方位。當(dāng)M2和M1嚴(yán)格平移時，M2移動,表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從，心“吐出”或向中心“消失”。兩平面鏡之間的“空氣間隙”距離增大時，中心就會“吐出”一個個條紋；反則“吞進”一個個條紋。M2和M1不嚴(yán)格平行時，則表現(xiàn)為等厚干涉條紋，M2移動時，條紋不斷移過視場中某一標(biāo)記位置，M2平移距離 d 與條紋移動數(shù)N 的關(guān)系滿足。經(jīng)M2反射的光三次穿過分光板，而經(jīng)M1反射的光只通過分光板一次.補償

5、板就是為了消除這種不對稱而設(shè)置的。在使用單色光源時，補償板并非必要，可以利用空氣光程來補償；但在復(fù)色光源時，因玻璃和空氣的色散不同，補償板則是不可缺少的。若要觀察白光的干涉條紋，兩相干光的光程差要非常小，即兩臂基本上完全對稱，此時可以看到彩色條紋；若M1或M2稍作傾斜，則可以得到等厚的交線處（d=0）的干涉條紋為中心對稱彩色直條紋，中央條紋由于半波損失為暗條紋。圖10-3干涉光程計算利用邁克爾遜干涉儀測He-Ne激光的波長1干涉法測光波波長原理：M1、M2完全平行，相距時。點光源S在鏡M1、M2中所成的像、構(gòu)成相距的相干光源，如光路所示。設(shè)到0點的距離為h。這種情況下，干涉現(xiàn)象發(fā)生在兩光相遇的

6、所有空間中，因此干涉是非定域的。對于屏幕上任意一點P處，設(shè)到0點的距離為h。兩像光源發(fā)出的光相遇時的光程差為，P點處發(fā)生相長干涉的條件為： (11)由(1-1)式，保持h與d不變，令P點向外移動時，、將增大，對應(yīng)級次K將伴隨減小，所以中央條紋的級次高。對于屏幕中心，(1-1)式簡化為： (1-2)實驗中，d隨M1鏡的移動而變化。伴隨d的增大，級數(shù)K隨之增大，也就是有新的干涉條紋從中心冒出；伴隨d的減小，級數(shù)K隨之減小，干涉條紋向中心縮進?！懊俺觥被颉翱s進”的條紋數(shù)與M1位置變化之間的關(guān)系為： (1-3)可見只要測定M1鏡的位置改變量和相應(yīng)的級次變化量，就可以用式(1-3)算出光波波長。2.測量

7、He-Ne激光的波長(1)讀數(shù)刻度基準(zhǔn)線零點的調(diào)整。將微動鼓輪3沿某一方向旋至零，然后以同一方向轉(zhuǎn)動手輪1使之對齊某一刻度，以后測量時使用微動鼓輪須以同一方向轉(zhuǎn)動。值得注意的是微動鼓輪有反向空程差，實驗中如需反向轉(zhuǎn)動，要重新調(diào)整零點。(2)慢慢轉(zhuǎn)動微動鼓輪，可觀察到條紋一個一個地“冒出”或“縮進”，待操作熟練后開始測量。記下粗動鼓輪和微動鼓輪上的初始讀數(shù)do，每當(dāng)“冒出”或“縮進”N=50個（也可以選取100個等）圓環(huán)時記下di，連續(xù)測量10次，每測一次算出相應(yīng)的，取平均值，以檢驗實驗的可靠性。結(jié)論美國物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為證明“以太”的存在而設(shè)計制造了世界上第一臺用于精密測量的干涉儀

8、-邁克爾遜干涉儀，它是在平板或薄膜干涉現(xiàn)象的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。邁克爾遜干涉儀在科學(xué)發(fā)展史上起了很大的作用，著名的邁克爾遜干涉實驗否定了“以太”的存在。發(fā)現(xiàn)了真空中的光速為恒定值，為愛因斯坦的相對論奠定了基礎(chǔ)。邁克爾遜用鎘紅光波長作為干涉儀光源來測量標(biāo)準(zhǔn)米尺的長度，建立了以光波長為基準(zhǔn)的絕對長度標(biāo)準(zhǔn)。邁克耳遜光學(xué)儀器很精密，用以進行光譜學(xué)和度量學(xué)的研究。而利用邁克爾遜干涉儀測得的He-Ne激光的波長，能夠得到比較精確的，減小了很的人為誤差，使得測得的He-Ne激光的波長更為精確。參考文獻：1. 基礎(chǔ)光學(xué)實驗M李允中 潘維濟 天津:南開大學(xué)出版社2. 普通物理實驗(三,光學(xué)部分)M 楊述武 北京高等教育出版社3. 大學(xué)物理實驗M 段長虹 廣洲華南理工大學(xué)出版社4大學(xué)物理實驗第二冊，謝行恕 康世秀 霍劍青主