激光干涉測長

1、邁克爾遜干預儀在干預過程中，如果兩束光的光程差是光波長的整數(shù)倍0，1，2，在光檢測器上得到的是相長的干預信號；如果光程差是半波長的奇數(shù)倍0.5，1.5，2.5，在光檢測器上得到的是相消的干預信號。當兩面平面鏡嚴格垂直時為等傾干預，其干預光可以在屏幕上接收為圓環(huán)形的等傾條紋；而當兩面平面鏡不嚴格垂直時是等厚干預，可以得到以等厚交線為中心對稱的直等厚條紋。在光波的干預中能量被重新分布，相消干預位置的光能量被轉移到相長干預的位置，而總能量總保持守恒。 19世紀末人們通過使用氣體放電管、濾色鏡、狹縫或針孔成功得到了邁克耳孫干預儀的干預條紋，而在一個版本的邁克耳孫-莫雷實驗中采用的光源是星光。星光不具有

2、時間相干性，但由于其從同一個點光源發(fā)出而具有足夠好的空間相干性，從而可以作為邁克耳孫干預儀的有效光源。激光切割激光筆雙頻激光干預儀馬赫-曾德爾干預儀索菲干預儀1 儀器構造簡介實驗室中最常用的邁克耳遜干預儀，其原理圖和結構圖如圖1和圖2所示。M1和M2是在相互垂直的 圖1 圖2 兩臂上放置的兩個平面反射鏡，其反面各有三個調節(jié)螺旋，用來調節(jié)鏡面的方位；M2是固定的，M1由精密絲桿控制，可沿臂軸前后移動，其移動距離由轉盤讀出。儀器前方粗動手輪分度值為10-2mm，右側微動手輪的分度值為10-4mm，可估讀至10-5mm，兩個讀數(shù)手輪屬于蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)。在兩臂軸相交處，有一與兩臂軸各成45º

3、;的平行平面玻璃板P1，且在P1的第二平面上鍍以半透半反射膜，以便將入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射光2，故P1板又稱為分光板。P2也是一平行平面玻璃板，與P1平行放置，厚度和折射率均與P1相同。由于它補償了1與2之間附加的光程差，故稱為補償板。從擴展光源S射來的光，到達分光板P1后被分成兩局部。反射光1在P1處反射后向著M1前進；透射光2透過P1后向著M2前進。這兩列光波分別在M1、M2上反射后沿著各自的入射方向返回，最后都到達E處。既然這兩列光波來自光源上同一點O，因而是相干光，在E處的觀察者能看到干預圖樣。由于從M2返回的光線在分光板P1的第二面上反射，使M2在M1附近形成一平行于

4、M1的虛像M2，因而光在邁克耳遜干預儀中自M1和M2的反射，相當于自M1和M2的反射。由此可見，在邁克耳遜干預儀中所產(chǎn)生的干預與厚度為d的空氣膜所產(chǎn)生的干預是等效的。2實驗原理 當M1和M2嚴格平行時，所得的干預為等傾干預。所有傾角為i的入射光束，由M1和M2反射光線的光程差均為 1式中i為光線在M1鏡面的入射角，d為空氣薄膜的厚度，它們將處于同一級干預條紋，并定位于無限遠。這時，在圖1中的E處，放一會聚透鏡，在其焦平面上或用眼在E處正對P1觀察，便可觀察到一組明暗相間的同心圓紋。這些條紋的特點是： 干預條紋的級次以中心為最高。在干預紋中心，因i=0，由圓紋中心出現(xiàn)亮點的條件 2得圓心處干預條紋的級次 3當M1和M2的間距d逐漸增大時，對于任一級干預條紋，例如第k級，必定以以其的值來滿足，故該干預條紋向變大變小的方向移動，即向外擴展。這時，觀察者將看到條紋好似從中心向外“涌出，且每當間距d增加時，就有一個條紋涌出。反之，當間距由大逐漸變小時，最靠近中心的條紋將一個一個地“陷入中心，且每陷入一個條紋，間距的改變亦為。因此，只要數(shù)出涌出或陷入的條紋數(shù)，即可得到平面鏡M1以波長為單位的移動距離。顯然，假設有N個條紋從中心涌出時，那么說明M1相對于M2移遠了 4反之，假設有N個條紋陷入時，那么說明M1和M2移近了同樣的距離。根據(jù)4式，如果光波的波長，便可由條紋變動的數(shù)目，計算出M1移動