100206迈克尔干涉仪.ppt

§5 干涉仪——迈克尔逊干涉仪 §6 干涉条纹的可见度 §7 空间相干性和时间相干性 一．空间相干性 二．时间相干性 作业： * §5 干涉仪——迈克尔逊干涉仪 干涉仪是根据光的干涉原理制成的精密测量仪器， 它可精密地测量长度及长度的微小改变等。 在现代科学技术中有着广泛的应用。 干涉仪的种类很多，这里只介绍在科学发展史上 起过重要作用并在近代物理和近代计量的发展上 仍起着重要作用的迈克尔逊干涉仪。 迈克耳逊干涉仪 一. 仪器结构、光路 M2 M1 E G2 G1 一. 仪器结构、光路 M2 M1 E G2 G1 S 2 2? 1 1? 半透半反膜 M1和M2是精密磨光的平面反射镜， 分别装在相互垂直的两臂上， M1固定， M2而可通过精密丝杆 沿臂长的方向移动。 G1和G2是两块完全相同的玻璃板 G2被称为补偿板，是为了使光束2也同光束1一样地 三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。 M1和M2与G1和G2 成45°角倾斜安装。 在G1的后表面上镀有半透明的银膜， 能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光。 二. 干涉结果分析 M2 M1 E G2 G1 S 2 2? 1 1? 半透半反膜 由于G1银膜的反射， 使在M2 附近形成M1的一个虚像M1′ 当调节M1使M1与M2相互精确地垂直， 在屏幕上可观察到圆形的等倾条纹， 如果M1与M2偏离相互垂直的方向， 这时就能观察到等厚直条纹 因此光束1 和光束2 的干涉 等效于由M2 和M1′之间 空气薄膜产生的干涉 等 厚 干 涉 条 纹 等 倾 干 涉 条 纹 与 重 合 二. 干涉结果分析 当条纹为等倾条纹时，移动M2 ， 相当于改变M2 和M1′之间空气薄膜的厚度， 此时干涉条纹会出现条纹“吞进”或“冒出”的现象 “吞进”或“冒出”的条纹数与移动距离的关系 M2 M1 E G2 G1 S 2 2? 1 1? 半透半反膜 三. 应用： 测量微小位移 测折射率 测光谱线的波长和精细结构 M2 M1 E G2 G1 S 2 2? 1 1? 半透半反膜 1907年，迈克耳逊获得诺贝尔奖 例1 如图在光路2中， 插入厚度为h 的玻璃板， 已知测得条纹冒出的数目为N， 所用光源的波长为λ， 求玻璃的折射率n 解： 插入厚度为h 的玻璃板 使的光束2要比光束1多走一段光程， 在屏幕相遇所附加光程差为 M2 M1 E G2 G1 S 2 2? 1 1? 半透半反膜 §6 干涉条纹的可见度 演示：反射式牛顿环和透射式牛顿环 问题： 反射式牛顿环的干涉条纹 要比透射式牛顿环的干涉条纹清晰。 这意味着： 相干条件只是产生干涉条纹的必要条件， 能否观察到干涉条纹，还有赖其清晰程度。 一．干涉条纹可见度（衬比度、对比度、反衬度） 为了描述干涉条纹的清晰程度， 常用可见度来定量描述。 其定义为： 干涉条纹中的最大光强。 干涉条纹中的最小光强。 两束光相干叠加时，光强分布为 其值越大干涉条纹的清晰程度越高 为两束光的光强，不随空间位置而变化 为相遇处两束光的相位差， 便形成了光强在空间的不均匀分布， 即形成明暗相间的的条纹 空间不同处， 不同 即 从上式可以看出，两束光强度越接近，可见度也越大 干涉条纹越清晰，因此观察双光束干涉时， 总设法使他们的光强尽量相等 当 I o ?? 2? -2? 4? -4? 4I1 衬比度差 (V 1) 衬比度好 (V = 1) I Imax Imin o ?? 2? -2? 4? -4? 可以来解释反射式牛顿环的干涉条纹 要比透射式牛顿环的干涉条纹清晰的问题。 1 2 3 1 n 2 n 1 n d C B A ● S 5 E 4 对于牛顿环中玻璃和空气的界面来说 §7 空间相干性和时间相干性 一．空间相干性 在双缝实验中，如果将缝S加宽， 干涉条纹的清晰度就会下降，甚至使干涉消失。 特别是当拿开有狭缝S的屏， 直接用普通光源照射双缝，完全看不到干涉条纹。 这说明光源的尺度对干涉有重要影响， 下面解释其原因。 ● o 如图用宽度为b 的面光源直接照射双缝S1和S2 ， 这些线光源的光波彼此是非相干光， 在通过双缝后都各自产生一套干涉条纹， 各套条纹强度相加而又彼此错开。 为便于分析， 可将面光源看作由许多垂直纸面的线光源排列组成 例如，A点产生的中央明纹A0位于屏中央o点处， o A ● ● A0 而上（下）方的线光源产生的中央明纹移到 o点的上（下）方， 距A点越远的线光源，其条纹移动越多 如果上边缘处的线光源B所产生的第一暗纹正好落在 A所产生的中央明纹上， o A ● A0 B0 结论：光源宽度对干涉条纹清晰程度有影响 B ● 就会使整个干涉条纹因相互