迈克尔孙干涉仪论文.doc

迈克尔孙干涉仪 实验用迈克尔孙干涉仪观察了非定域干涉和定域干涉情况下各种干涉图样，用非定域干涉条纹测量了氦氖激光的波长、等倾干涉了测量钠黄光两条谱线之间的波长差以及估测白光光源的相干长度和谱线宽度，并采用了逐差法以减小实验过程中的误差。 迈克尔孙干涉仪；非定域干涉；定域干涉；逐差法 Michelson interferometer The experiment used Michelson interferometer to observe the phenomenen of delocalized interference and localized interference, measured he-ne laser wavelength with delocalized interference, measured the wavelength difference between the two lines of yellow sodium light and estimated the coherence length and line width of white light with localized interference. The experiment reduced the experimental error with the method of successive difference. Michelson interferometer; delocalized interference; localized interference; method of successive difference 迈克尔孙干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型，它不仅可以用于精密测量长度，还可以应用于测量介质的折射率，测定光谱的精细结构等。本实验利用了迈克尔孙干涉仪，利用非定域干涉和定域干涉各自不同的特点完成了单色光波长的测定，双光谱波长差的测定，研究了光场的时间相干性。 1、实验原理 1.1 迈克尔孙干涉仪原理 迈克尔孙干涉仪的原理图如图1所示，G1和G2为材料、厚度完全相同的平行板，G1的一面镀上半反射膜，M1、M2为平面反射镜，M2是固定的，M1和精密丝杆相连，使其可前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm，M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。 光源S发出的光射向G1板而分成（1）、（2）两束光，这两束光又经M1和M2反射，分别通过G1的两表面射向观察处E，相遇而发生干涉，G2作为补偿板的作用是使（1）、（2）两束光的光程差仅由M1、M2与G1板的距离决定。 图1 迈克尔孙干涉仪光路图 由此可见，这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长，而且其路径是互相垂直的，分的很开，这正是它的主要优点之一。从O处向A处观察，除看到M1镜外，还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2，M1与M2镜所引起的干涉，显然与M1、M’2引起的干涉等效，M1和M’2形成了空气“薄膜”，因M’2不是实物，故可方便地改变薄膜的厚度（即M1和M’2的距离），甚至可以使M1和M’2重叠和相交，在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体，这些都为其广泛的应用提供了方便。 1.2 点光源、非定域干涉原理 图2 点光源产生非定域干涉 激光束经短焦距凸透镜扩束后可得点光源S，它发出的球面波经G1反射可等效为是由虚光源S’发出的，S’再经M2’和M1的反射又等效为由由虚光源S1’、S2’发出的两列球面波。这两列球面波在它们相遇的空间里产生干涉条纹，这种干涉条纹称为非定域干涉。 随着M1和M2（M2’）之间的夹角不同，S1’和S2’与观察屏的相对位置不同，非定域干涉条纹的形状也不同。当M1与M2’平行时，垂直于S1’、S2’的连线的观察屏处，干涉条纹是一组同心圆，不垂直时将可能是椭圆或其他形状的干涉条纹。 如图2所示，S1’和S2’发出的球面波在接受屏上任意一点P的（对应于入射角为）光程差为由于，且在入射角很小时，上式可简化为 （1）由式（1）可知，时，干涉圆环的中心处光程差有极大值，即中心处相干级最高。所以当增加时，在屏上将显示一个个从中心吐出向外扩张的活动的干涉环纹使整个图案环纹逐渐变密；当减小时，在屏上将显示一个个环纹向中心吞进而消失，整个图案环纹逐渐变数直至没有环纹。每吐出或吞进一圈环纹，说明相干光光程差改变了一个波长。吐出或吞进个环纹，相干光光程差改变为 由此可得 （2） 1.3 点光源、定域干涉原理 在点光源后放置毛玻璃屏即得到扩展