迈克尔逊干涉仪的调整与应用-简洁修正版课件.pptVIP

* 迈克尔逊干涉仪的调整与应用 大学物理实验Ⅱ 桂林电子科技大学物理实验中心 迈克尔逊在工作 迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊于1881年设计的一种精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速 。迈克尔逊与莫雷曾用此仪器做了非常著名的迈克尔逊—莫雷实验，可以说它是狭义相对论的实验基础，为物理学的发展做出了重要贡献。由于在光谱学和度量学方面的贡献，迈克尔逊于1907年获得诺贝尔物理学奖。 美籍德国人 （1852-1931）（A.A.Michelson） 迈克尔逊干涉仪可以精密地测量微小长度及微小变化，利用它的原理还能够制成各种专用干涉仪器它被广泛地应用于生产和科研各领域。 用迈克尔逊干涉仪测气流 光学相干CT — 断层扫描成像新技术 （Optical Coherence Tomography简称OCT） CT-Computed Tomography 计算机断层成象 第二代： NMR CT－核磁共振成象 第三代： 光学相干CT－OCT 微米量级的空间分辨率 第一代： X射线CT 射线CT－工业CT “古老”原理的现代应用之例 实验装置－光纤化的迈克尔逊干涉仪 光源 电子学系统 计算机 探测器 光纤耦合器 样品 光纤聚焦器 反射镜 大葱表皮的 OCT 图像 实际样品大小为10mm×4mm，图中横向分辨率约为20μm 纵向分辨率约为25μm 应用 生物 医学 材料科学 ····· 我国第一台OCT的第一张图 清华原子分子国家重点实验室 兔子眼球前部的OCT图像 晶状体上皮 睫状体 角膜后表面 角膜前表面 实验任务 1 、了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构，学会迈克尔逊干涉仪的调节与使用方法。 2、 了解等倾干涉和等厚干涉的形成条件及干涉图样的特点。 3、 学会迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光的波长，利用迈克尔逊干涉仪的干涉原理测量固体试件的线膨胀系数。 4、拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证。 5、（拓展）利用仿真实验测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。 实验任务 一. 干涉仪结构和干涉条纹 M 1 M 2 2 G G 1 2 半透明 镀银层 单 色 光 源 反 射 镜 2 反射镜 1 补偿玻璃板 观察屏 M 它们干涉的结果是薄膜干涉，调节M1就有可能得到d=0，d=常数，d?常数（如劈尖）对应的薄膜等倾或等厚干涉条纹。 一束光在G1处分振幅形成的两束光，其光程差就相当于由M1和M2’ 形成的空气膜上下两个面反射光的光程差。 d 1 2 迈克尔逊干涉仪光路图示意图 1、M2通过G1形成像M2’ 2、S通过G1形成像S’ 3、S’通过M1形成像S1’ 4、S’通过M2’形成像S2’ 5、得到相干光源S1’和S2’，在空间发生干涉，形成双叶双曲面族。 二. 实验原理 根据薄膜干涉理论，1、2两相干光束的光程差为: 等效 薄膜干涉 =｛ Nλ 明纹 （2N+1）λ/2 暗纹 其中 N=0,1,2,3,… 2 1 明纹时有： 可见，当 、 一定时，如果 逐渐减小，则 角逐渐减小，同一 级条纹圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环缩进（吞）；如果 逐渐增大，同理，看到的现象是干涉圆环冒出（吐）。对于中央条纹，当缩进或冒出 次，则光程差变化为 干涉条纹的特点 （1）当 、 一定时， 角相同的所有光线的光程差相同，形成以光轴为圆心的同心圆环。 （2）当 、 一定时， ＝0，干涉圆环就在同心圆环中心处，如 ≠0， 越大，则 越小，对应的干涉圆环越往外，其级次 也越低。 □ 当条纹为等倾条纹时，移动M1 ，相当于改变M1 和M2′之间空气薄膜的厚度，此时干涉条纹会出现条纹“缩进”或“冒出”的现象。 □“缩进”或“冒出”的条纹数与移动距离的关系： □如果数出“缩进”或“冒出”的条纹数，由已知波长λ就可计算出Δd，这就是测量微小距离的原理； □反之，由读出的Δd也可测定入射光的波长，这也是测定单色光波长的一种方法。 总结 3、 学会迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光的波长，利用迈克尔逊干涉仪的干涉原理测量固体试件的线膨胀系数。 4、拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证。 5、（拓展）利用仿真实验测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。 实验任务 长度为