迈克尔逊干涉仪.pptx

迈克尔逊干涉仪 物理概念：光的干涉两列或多列光波在空间中叠加，满足相干条件时，会产生明暗相间的条纹，称之为光的空间干涉。相干条件：频率相同、 振动方向一致、相位差稳定1实 验 背 景迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是一种通过分束镜来产生两列相干光束的装置。发明者是美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊。迈克尔逊—莫雷实验实 验 目 的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构，并掌握调节方法； 2、理解迈克尔逊干涉仪测量光波长的原理，测量He-Ne激光的波长以及钠黄光双谱线波长差。实 验 原 理 ?1、迈克尔逊干涉仪工作光路 反射镜M1半透半反膜反射镜M2 光源G1G2 毛玻璃观测屏实 验 原 理 2.1 等厚干涉注：等厚干涉详细原理见本实验理论资料实 验 原 理 2.2 等倾干涉注：等倾干涉详细原理见本实验理论资料实 验 原 理 3.1 利用等倾干涉测量激光波长对于等倾干涉条纹，中心光斑的明暗取决于干涉臂长度不同引入的光程差。移动反射镜M1，使其位置改变半个波长λ/2，光程差改变λ，则干涉中心冒出或涌入一个圆环。数出干涉中心圆环冒出或涌入N(=100)个时M1移动的距离⊿d，则可计算得到激光波长： λ= 2⊿d/N. 实 验 原 理 3.2 测量钠黄光双谱线波长差钠灯光有589.6nm和589.0nm两条谱线，分别形成两套等倾干涉条纹。两套干涉条纹的峰值或谷值在视场中完全重合时，视场中干涉条纹最清晰；如果完全错开，则视场中干涉条纹最模糊。两套干涉条纹的相对位置：合成后的干涉条纹：当反射镜M1移动距离⊿d，视场中心条纹由模糊到模糊时，长谱线λ1的条纹比短谱线λ2的条纹少移动了一个周期，得到如下关系式： 计算后可得： 仪 器 设 备注释：图中仪器和我们实物有差别，换上我们的实物照片反射镜M2 半透半反膜反射镜M1 光源G1G2 毛玻璃观测屏粗调手轮 细调手轮 仪 器 设 备分光板 补偿板 观察屏全反镜M1 调节螺丝 水平微调螺丝 竖直微调螺丝 实验内容及操作步骤1. 测量氦氖激光器的波长打开激光器，适当的调节激光束的入射角度，观察由反射镜M1、M2反射到观测屏的光斑。由于分束镜前后表面的反射，会产生两排光点。调节两个反射镜背后的调节螺钉，使两排光点中最亮的光点完全重合。（视频动画）放入扩束镜，进一步调节M2的角度，使其和M1严格垂直，在观察屏得到等倾干涉条纹。（视频动画）转动粗调手轮来移动M1，观察条纹由中心向外冒出（或向中心涌入），找到条纹稀疏合适的位置准备测量。（视频动画）转动微调手轮来移动M1，在条纹开始冒出 ( 或涌入 ) 时记下M1的位置d1；继续移动M1，同时开始计数，当冒出（或涌入）条纹数N为100时，记下M1的位置d2。（视频动画） 计算出M1移动的距离Δd=|d2-d1|，由公式 λ＝2Δd/N, 计算出He-Ne激光的波长λ。 实验内容及操作步骤2. 测量钠黄光双谱线的波长差 调节反射镜M1的位置，使得激光等倾干涉条纹较为稀疏，这时干涉仪两臂接近等光程，以确保实验中钠灯的干涉条纹不会因为干涉仪两臂光程差超过钠灯谱线的相干长度而无法产生。（视频动画）关闭激光器电源、撤去扩束镜，换上钠灯，移去毛玻璃屏，直接用肉眼在观测屏位置观测光场，找到等倾干涉条纹。（视频动画）转动手轮，使干涉条纹对比度为最小，记下M1的位置d1。再继续移动M1，使干涉条纹对比度再次为最小，记下M1的位置d2。 （视频动画） 计算出M1移动的距离Δd=|d2-d1|，利用公式 计算出钠黄光双谱线的波长差Δλ 。 反射镜M2位置读数说明反射镜M1的位置可由粗调手轮和微调手轮的转动而改变。M1的位置由毫米刻度尺、粗调手轮读数窗口、微调手轮刻度配合读出。图中反射镜M1位置的读数为：33.52246 mm。小数点前两位33在mm刻度尺上读出。小数点后两位52由粗调手轮上方读数窗口内的刻度盘读出。小数点后3-5位246由微调手轮上的刻度读出，其中，最后一位6为估读数。 实验注意事项防止空回误差：测量时，旋转手轮只能向一个方向转动，中途不能反向；防止用手触摸光学表面；防止过分拧紧M1镜和M2镜后的螺丝，确保有一定的调节余地。 思考题1. 激光和钠灯产生的干涉条纹有什么区别，哪个是定域条纹、哪个是非定域条纹？ 2. 白炽灯作光源时，如何调出干涉条纹？ 实验拓展如何用迈克尔逊干涉仪测量平行平面薄膜的厚度？（假设薄膜的折射率n为已知）提示：利用白光干涉法更加详细的信息请阅览南京理工大学物理实验中心网站：wlsy.njust.edu.cn谢谢观看大家好，我们今天要学习的是迈克尔逊干涉仪的使用，以及利用迈克尔逊干涉仪来测量光波长。什么是光的干涉？当多束同频率、同偏振、具有稳定相位差之间的光波叠加后，会产生明暗相间的条纹，我们