迈克耳孙干涉仪 光学课件教学讲义.ppt

* §1-9 迈克耳孙干涉仪 知识回顾 P A D B C n1 n2 n3 i1 i2 h 由上式可见，对于厚度均匀的薄膜，光程差是由入射角i1决定的。凡以相同倾角入射的光，经膜的上、下表面反射后产生的相干光束都有相同的光程差，从而对应于干涉图样中的一条条纹。故将此类干涉条纹称为等倾干涉条纹。 从面光源S上任一点以相同倾角入射到膜表面上的光线应该在同一圆锥面上，它们的反射光在屏上会聚在同一圆周上，因此，整个干涉图样是由一些明暗相间的同心圆环组成。 等倾干涉 δ=n2(AC+CB)-n1AD+δ′ =2h(n22 –n12 Sin2 i1 )1/2+δ′ =2n2hCos i2 +δ′ (其中δ′ =0或λ/2） 概述 迈克耳孙干涉仪的历史作用 迈克耳孙干涉仪基本原理 迈克耳孙干涉仪的应用 迈克耳孙干涉仪的历史作用 迈克耳孙和他的合作者利用这种干涉仪进行测“以太风”、光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验，为近代物理和近代计量技术作出了重大贡献，为此，迈克耳孙获得1907年诺贝尔物理学奖。 迈克耳孙干涉仪实体图 迈克耳孙干涉仪光路图 S p p L1 a b a1 b1 G1 G2 L2 A F a2 b2 M2 M1 M 2′ F 若M1和M2垂直时，在A处可获得同心圆形的等倾干涉条纹。 jλ 相长 2hcosi2= (2j+1)λ/2 相消 （j=0,1,2,3,…） 若M1和M2不垂直时，在A处可获得近似直线的等厚干涉条纹。 迈克耳孙干涉仪的干涉花样 中心点的亮暗完全由h确定，当2h=j λ即h=j λ/2时，中心为亮点.当h值每改变λ /2时，干涉条纹变化一级。换言之M1 、M2’ 之间的距离每增加（或）减少λ/2 ，干涉条纹的圆心就冒出（或缩进）一个干涉圆环。所以数出视场中移过的明条纹数△N ，就可算出M1平移的距离。 2 △h= △N λ 仪器的应用 迈克耳孙干涉仪的主要优点是它光路的两臂分的很开，便于在光路中安置被测量的样品.而且两束相干光的光程差可由移动一个反射镜来改变，调节十分容易，测量结果可以精确到与波长相比拟。所以应用广泛。 它可用于精密测定样品长度和媒质折射率，研究光谱的精密结构等。现在迈克耳孙干涉仪的各种变型很多，它们在光学仪器制造工作中常用于对平板、棱镜、反射镜、透镜等各种元件作质量检测。 应用一 1892年，迈克耳孙用他的干涉仪最先以光的波长测定了国际标准米尺的长度。用镉蒸汽在放电管中发出的红色谱线来量度米尺的长度，在温度为15℃,压强为1atm高的干燥空气中，测得1m=1553，163.5倍红色镉光波长，或：红色镉光波长λ0=643.8472（nm） 由于激光技术的发展，在激光技术方面有了很高的精确度。根据1983年10月召开的国际计量大会决定，1m的长度确定为在真空中的光速在1s通过的距离。根据这个定义，光速的这个数值是个确定值，而不再是一个测量值了。 讲述示例 〔例〕迈克耳孙干涉仪M1的反射镜移动0.25mm 时，看到条纹移动的数目为909个，设光为垂直入射，求所用光源的波长。 解:因 i2=0 则① 2h=jλ ② 2h′=j′λ ②式-①式得：2（h′- h）=( j′- j) λ 即2△h = △jλ λ= 2△h/△j=2╳0.25╳10-3m/909=550nm 应用二：测空气折射率 使小气室的气压变化△P ，从而使气体折射率改变△n ，（因而光经小气室的光程变化2D △n ），引起干涉条纹“吞”或“吐” △ N条。则有: 2D︱△n︱= △N λ ︱△n︱=△N λ /2D ① 理论证明，在温度和湿度一定的条件下，当气压不太大时，气体折射率的变化量△n与气压的变化量△P成正比： (n-1)/P= △n/︱△P︱＝常数 n=1+ (△N λ /2D)(P/︱△P︱) ② S G1 G2 A M2 M1 气压表 打气皮囊 D 启发思考：如何用迈克耳孙干涉仪测光源的相干长度、光谱线精细结构，及温度、压力对光传播的影响等。 * * * 迈克耳孙干涉仪 *