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测量白光的相干长度
白光干涉实验 迈克尔逊简介 迈克尔逊(Albert Abraban Michelson,1852-1931) 美国物理学家。 曾从事光速的精密测量 工作。 迈克尔逊首倡用光波波 长作为长度基准。 1881年,他发明了一种 用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉 仪(迈克尔逊干涉仪)。 他与美国物理学家E.W. 莫雷合作,进行了著名的迈克尔逊-莫雷实验, 否定了“以太”的存在,为爱因斯坦建立狭义相对 论奠定了基础。 由于创制了精密的光学 仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和基本度量 学研究,迈克尔逊于1907年获诺贝尔物理学奖金。 1.实验目的 2.实验原理 1、如果光源是点光源,则产生非定域干涉 2、如果光源是扩展光源,则产生定域干涉 3、如果两个平面镜严格垂直,即空气膜厚度处 处相等,则形成等倾干涉条纹------同心圆环。 4、如果两个平面镜稍有倾斜,即空气膜为一个 空气劈尖,则形成等厚干涉条纹------直条纹。 5、如果利用扩展白光源,则可以看到彩色条纹。 3.仪器介绍 4.实验内容 5.思考练习 本实验中所用的麦克尔逊干涉仪粗调转动一圈代表M2镜移动多少距离?微调转动一圈又代表M2镜移动多少距离? 在迈克尔逊干涉仪中,补偿板的作用是什么? 试设计一个实验,利用迈克尔逊干涉仪测量薄玻璃片的折射率。 上一页 下一页 主目录 返 回 * 实验目的 实验原理 仪器介绍 实验内容 思考练习 1、测量钠光D双线的波长差; 2、观察白光干涉条纹; 3、测量白光的相干长度。 点光源S。分光镜G1,G1右表面镀有半透半反射膜,使入射光分成强度相等的两束。 全反射镜M1和M2:M1为固定全反射镜,背部有三个粗调螺丝,侧面和下面有两个微调螺丝。M2为可动全反射镜,背部有三个粗调螺丝。? 迈克尔逊干涉仪结构原理 迈克尔逊干涉仪的结构及光路 观察区域F,如到达F处的两束光满足相干条件,可发生干涉现象。? G2为补偿扳,它与G1为相同材料,有相同的厚度,且平行安装,目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等,波阵面不会发生横向平移。 分光板把入射光分成两束强度几乎相等的光束(因此迈克尔逊干涉仪是分振幅干涉),这两束光经过两个平面镜的反射之后汇集到分光板后面发生干涉,形成干涉条纹(因此迈克尔逊干涉仪是双光束干涉)。可动平面镜和固定平面镜的虚像形成了一个薄的空气层,这两束光可以看成是从该膜的上下底面上方反射回来的。这种干涉现象跟厚度为d的空气薄膜产生的干涉现象等效。因此迈克尔逊干涉仪的等效光路就是一个薄膜干涉。 干涉图样的类型 激光源的等倾 干涉图 白光干涉图 光谱双线波长差 如前述的原理,当M1与M2互相平行时,得到明暗相间的圆形干涉条纹。如果光源是绝对单色的,则当M1镜缓慢移动时,虽然视场中心条纹不断涌出或陷入,但条纹的衬度不变,所谓条纹的衬度是指条纹的清晰程度,通常定义为 式中Imax和Imin分别为亮纹的光强和暗纹的光强。 如果光源中包含有波长相近的两种光波λ1和λ2,则可遇到这样情况:两列光波(1)和(2)的光程差恰好为λ1的整数倍,而同时又为λ2的半整数倍,亦即 这时,λ1光波成亮环的地方,恰好是光波λ2被生成暗环的地方。如果这两列光波强度相等,则由定义,在这些地方条纹的衬度为零。从某一衬度为到相邻的下一次衬度为零,即如果第一次衬度为零时,λ1为亮环,那么第二次它即为暗条纹,也就是光程差的变化△L对λ1是半个波长的奇数倍,同时对λ2也是半个波长的奇数倍,又因这两个奇数是相邻的,故得 于是 对于视场中心来说,设M1镜在相继两次衬度为零时移动△L应等于2△d,所以 只要知道两波长的平均值 和M1镜移动的距离△d,就可以求出两者的波长差△λ,根据这原理,可以用实验测量钠光D双线的波长差。 考虑等倾条纹时视场中心处的 情况。对于任何一种光源,都存在一个dm值, 时,视场中干涉场的可见度为零;只有当 时,才能出现干涉条纹。不同光源的dm值不同,即能够产生干涉条纹的最大光程差 不同。我们称 为该光源的相干长度。 相干长度 不同光源的相干长度有很大差异: 氦氖激光束单色性很好,单纵模氦氖激光束
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