邁克爾遜干涉儀ppt課件

1、1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 數(shù)據(jù)記錄與處理數(shù)據(jù)記錄與處理 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 2了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)。了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)。掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用方法。掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用方法。觀察非定域干涉條紋、定域干涉條紋，測(cè)量單色光（氦氖激光）的波長(zhǎng)。觀察非定域干涉條紋、定域干涉條紋，測(cè)量單色光（氦氖激光）的波長(zhǎng)。測(cè)量鈉光燈的雙線波長(zhǎng)差。測(cè)量鈉光燈的雙線波長(zhǎng)差。3 邁克爾遜干涉儀，氦氖激光器，鈉光燈，白熾燈，毛玻璃屏，擴(kuò)束鏡等。邁克爾遜干涉儀，氦氖激光器，鈉光燈，白熾燈，毛玻璃屏，

2、擴(kuò)束鏡等。4 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 光源光源S發(fā)出的光經(jīng)過分束板（半反鏡）發(fā)出的光經(jīng)過分束板（半反鏡）G1以后就分成強(qiáng)度相同兩束光以后就分成強(qiáng)度相同兩束光1和和2，光束光束1經(jīng)過補(bǔ)償板經(jīng)過補(bǔ)償板G2以后由固定反射鏡以后由固定反射鏡M1反射回來再一次經(jīng)過補(bǔ)償板反射回來再一次經(jīng)過補(bǔ)償板G2和半和半反鏡反鏡G1射向觀測(cè)屏射向觀測(cè)屏P; ;同時(shí)光束同時(shí)光束2經(jīng)過經(jīng)過平面反射鏡平面反射鏡M2反射，穿過補(bǔ)償板反射，穿過補(bǔ)償板G1也也射向觀測(cè)屏；由于兩束光是相干光，射向觀測(cè)屏；由于兩束光是相干光，所以就可以在觀測(cè)屏觀察到干涉現(xiàn)象。所以就可以在觀測(cè)屏觀察到干涉現(xiàn)象。用邁克爾遜干涉儀可觀察非定域干涉用邁克爾遜干涉儀

3、可觀察非定域干涉和定域干涉，定域干涉又分為等傾干和定域干涉，定域干涉又分為等傾干涉和等厚干涉。涉和等厚干涉。邁克耳遜干涉儀光路圖邁克耳遜干涉儀光路圖5由氦氖激光經(jīng)擴(kuò)束鏡匯聚形成的點(diǎn)光源由氦氖激光經(jīng)擴(kuò)束鏡匯聚形成的點(diǎn)光源S發(fā)出發(fā)出的光經(jīng)平面鏡的光經(jīng)平面鏡M1和和M2反射后，相當(dāng)于兩虛光反射后，相當(dāng)于兩虛光源源S1和和S2發(fā)出的相干光束。發(fā)出的相干光束。 S1與與S2間的距間的距離為離為M1和和M2的距離的距離d的兩倍。虛光源的兩倍。虛光源S1和和S2發(fā)出的球面波在其相遇的空間處相干，只要發(fā)出的球面波在其相遇的空間處相干，只要觀察屏放在兩點(diǎn)光源發(fā)出光波的重疊區(qū)域內(nèi)，觀察屏放在兩點(diǎn)光源發(fā)出光波的重疊

4、區(qū)域內(nèi)，都能看到干涉現(xiàn)象，這種干涉叫非定域干涉。都能看到干涉現(xiàn)象，這種干涉叫非定域干涉。虛光源虛光源S1、S2到屏上任一點(diǎn)到屏上任一點(diǎn)A的光程差的光程差1 （暗紋）（明紋）2/) 12(cos2kkd6（1） 時(shí)的光程差最大，觀察屏上圓心處對(duì)應(yīng)干涉條紋的級(jí)別最高。時(shí)的光程差最大，觀察屏上圓心處對(duì)應(yīng)干涉條紋的級(jí)別最高。d增大時(shí)，增大時(shí)，若級(jí)別若級(jí)別k一定，一定，增大，條紋從中心用出向外擴(kuò)張；增大，條紋從中心用出向外擴(kuò)張；d減小時(shí)，若減小時(shí)，若k一定，一定，減小，減小，條紋向中心收縮，最后條紋向中心收縮，最后“淹沒淹沒”在中心。每在中心。每“涌出涌出”或或“淹沒淹沒”一個(gè)明圓環(huán)，一個(gè)明圓環(huán)，S1S

5、2的光程差改變一個(gè)波長(zhǎng)的光程差改變一個(gè)波長(zhǎng)。設(shè)。設(shè)M1移動(dòng)距離移動(dòng)距離d時(shí)，時(shí)，“涌出涌出”或或“淹沒淹沒”的條的條紋數(shù)為紋數(shù)為N，則，則 (1)(1) 這樣在邁克耳遜干涉儀上讀出這樣在邁克耳遜干涉儀上讀出 ，數(shù)出條紋變化，數(shù)出條紋變化N，就可以求出光波波長(zhǎng)，就可以求出光波波長(zhǎng)。（2）d較大時(shí)，干涉條紋級(jí)別較高，且又細(xì)又密；較大時(shí)，干涉條紋級(jí)別較高，且又細(xì)又密； d較小時(shí)，干涉條紋級(jí)別較低，且又粗又疏。較小時(shí)，干涉條紋級(jí)別較低，且又粗又疏。（3）若將）若將作為標(biāo)準(zhǔn)值，測(cè)出作為標(biāo)準(zhǔn)值，測(cè)出“涌出涌出”或或“淹沒淹沒”N個(gè)圓環(huán)的個(gè)圓環(huán)的（M1移動(dòng)的距離），與移動(dòng)的距離），與(1)式算出的理論值比較

6、，可以校正儀器傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差。式算出的理論值比較，可以校正儀器傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差。（4）若將傳動(dòng)系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，則由）若將傳動(dòng)系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，則由N和和 可測(cè)定單色光源的波長(zhǎng)可測(cè)定單色光源的波長(zhǎng)。0Nd /2d實(shí)d實(shí)d7薄膜等傾干涉是分振幅干涉。薄膜等傾干涉是分振幅干涉。設(shè)薄膜上下表面平行。如圖設(shè)薄膜上下表面平行。如圖a1與與a2的光程差為的光程差為即入射角相同的點(diǎn)的光程差即入射角相同的點(diǎn)的光程差 相同，故稱等傾干涉。干涉相同，故稱等傾干涉。干涉圖樣為同心圓圖樣為同心圓 。條紋方程條紋方程干涉圖象中，隨著干涉圖象中，隨著d 的增大的增大或減小，條紋從中心或減小，條紋從中心“冒出冒出”或向中心或向中心“

7、縮入縮入” 。設(shè)。設(shè)M1移動(dòng)移動(dòng) d時(shí)，時(shí)，K的變化量為的變化量為N則則 數(shù)出數(shù)出N個(gè)條紋對(duì)應(yīng)的個(gè)條紋對(duì)應(yīng)的 d，即可求出波長(zhǎng)，即可求出波長(zhǎng) 。cos2d（暗環(huán)）明環(huán)2) 12()(cos2KKd2Nd 等傾干涉光路圖等傾干涉光路圖8 若上下底面不平行，光線經(jīng)上下表若上下底面不平行，光線經(jīng)上下表面反射后得到的一對(duì)相干光面反射后得到的一對(duì)相干光a1與與a2，將不再平行，如圖。設(shè)某處膜的厚將不再平行，如圖。設(shè)某處膜的厚度為度為d,如果入射角如果入射角以及的夾角以及的夾角都很小時(shí)，兩束相干光的光程差都很小時(shí)，兩束相干光的光程差 為為2d22dd干涉條紋沿等厚線分布，故稱為等厚干涉。干涉條紋沿等厚線分

8、布，故稱為等厚干涉。很小時(shí)，很小時(shí)， =2=2d d，干涉圖樣是等距離分布干涉圖樣是等距離分布的明暗相間的直條紋；離中央條紋較遠(yuǎn)處，的明暗相間的直條紋；離中央條紋較遠(yuǎn)處， 影響較大，條紋彎曲凸向中央條紋，離交影響較大，條紋彎曲凸向中央條紋，離交線越遠(yuǎn)，條紋越彎曲。線越遠(yuǎn)，條紋越彎曲。等厚干涉原理等厚干涉原理9 鈉光源的兩條臨近強(qiáng)譜線的波長(zhǎng)鈉光源的兩條臨近強(qiáng)譜線的波長(zhǎng) 1和和 2，移動(dòng)，移動(dòng)M1，當(dāng)光程差滿足，當(dāng)光程差滿足 時(shí)，時(shí)， 2光形成的明條紋處光形成的明條紋處 1光形成暗條紋。這時(shí)條紋的對(duì)比度最小。光形成暗條紋。這時(shí)條紋的對(duì)比度最小。 當(dāng)當(dāng)M1鏡繼續(xù)移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)條紋繼續(xù)錯(cuò)開，條紋的對(duì)比度

9、又逐漸增加，條紋逐漸清鏡繼續(xù)移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)條紋繼續(xù)錯(cuò)開，條紋的對(duì)比度又逐漸增加，條紋逐漸清晰。當(dāng)晰。當(dāng) 時(shí)，條紋的對(duì)比度再次減小。由上述兩式，可得鈉雙線的波長(zhǎng)差時(shí)，條紋的對(duì)比度再次減小。由上述兩式，可得鈉雙線的波長(zhǎng)差 （2）1221)21(2KKdL122121) 1()(2KKKKdLd221210 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 （1） 調(diào)節(jié)干涉儀式導(dǎo)軌大致水平，調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪，使活動(dòng)鏡大致移至導(dǎo)軌調(diào)節(jié)干涉儀式導(dǎo)軌大致水平，調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪，使活動(dòng)鏡大致移至導(dǎo)軌30mm刻度處，使刻度處，使M1、M2鏡與分束鏡上反射膜的距離大致相等。調(diào)節(jié)傾度鏡與分束鏡上反射膜的距離大致相等。調(diào)節(jié)傾度微調(diào)螺絲，使其拉簧松勁適中，使

10、氦氖激光器大致垂直于微調(diào)螺絲，使其拉簧松勁適中，使氦氖激光器大致垂直于M2。（2）調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)M1和和M2相互垂直。相互垂直。（3） 在氦氖激光器的實(shí)際光路中加入擴(kuò)束鏡，使擴(kuò)束光照在分束鏡上，此時(shí)在氦氖激光器的實(shí)際光路中加入擴(kuò)束鏡，使擴(kuò)束光照在分束鏡上，此時(shí)屏上一般會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，細(xì)調(diào)屏上一般會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，細(xì)調(diào)M2鏡水平微調(diào)螺絲和豎直微調(diào)螺絲，直到鏡水平微調(diào)螺絲和豎直微調(diào)螺絲，直到眼睛晃動(dòng)觀察時(shí)無條紋移動(dòng)，說明眼睛晃動(dòng)觀察時(shí)無條紋移動(dòng)，說明M1和和M2完全垂直。觀察屏上出現(xiàn)環(huán)狀非完全垂直。觀察屏上出現(xiàn)環(huán)狀非定域干涉條紋。如果沒有出現(xiàn)干涉條紋，應(yīng)該移走擴(kuò)束鏡，從頭再調(diào)。定域干涉條紋。如果沒有出現(xiàn)

11、干涉條紋，應(yīng)該移走擴(kuò)束鏡，從頭再調(diào)。（4） 觀察條紋變化，熟悉儀器的使用。轉(zhuǎn)動(dòng)干涉儀的微調(diào)手輪，觀察條紋觀察條紋變化，熟悉儀器的使用。轉(zhuǎn)動(dòng)干涉儀的微調(diào)手輪，觀察條紋“涌出涌出”和和“淹沒淹沒”，判別，判別M1與與M2間的距離間的距離d的變化，觀察條紋粗細(xì)、疏的變化，觀察條紋粗細(xì)、疏密情況，判斷密情況，判斷d的變化，且與圖的變化，且與圖 進(jìn)行比較，待操作熟練后，將條紋調(diào)好，準(zhǔn)進(jìn)行比較，待操作熟練后，將條紋調(diào)好，準(zhǔn)備測(cè)量。備測(cè)量。11（1）讀數(shù)系統(tǒng)的調(diào)整。在整個(gè)測(cè)量過程中只能以同方向轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪使）讀數(shù)系統(tǒng)的調(diào)整。在整個(gè)測(cè)量過程中只能以同方向轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪使M1鏡移動(dòng)，鏡移動(dòng)，開始測(cè)量前應(yīng)將微調(diào)手輪

12、轉(zhuǎn)動(dòng)若干周，直到干涉條紋穩(wěn)定移動(dòng)后方可開始計(jì)數(shù)開始測(cè)量前應(yīng)將微調(diào)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)若干周，直到干涉條紋穩(wěn)定移動(dòng)后方可開始計(jì)數(shù)測(cè)量。測(cè)量。（2）用非定域干涉條紋測(cè)激光波長(zhǎng)。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪，讓調(diào)好的非定域干涉條）用非定域干涉條紋測(cè)激光波長(zhǎng)。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪，讓調(diào)好的非定域干涉條紋紋“涌出涌出”（或（或“淹沒淹沒”）。記下當(dāng)條紋中心最亮和當(dāng)干涉條紋）。記下當(dāng)條紋中心最亮和當(dāng)干涉條紋“涌出涌出”（“淹沒淹沒”）的條紋數(shù)）的條紋數(shù)N=100時(shí)時(shí)M1鏡位置讀數(shù)鏡位置讀數(shù)d0、d100，將數(shù)據(jù)填入表格，重，將數(shù)據(jù)填入表格，重復(fù)測(cè)量復(fù)測(cè)量6次。次。（3）根據(jù)（）根據(jù)（1）式計(jì)算出波長(zhǎng)）式計(jì)算出波長(zhǎng)。計(jì)算不確定度，并與

13、標(biāo)準(zhǔn)值比較，求出相對(duì)誤。計(jì)算不確定度，并與標(biāo)準(zhǔn)值比較，求出相對(duì)誤差。差。12 非定域干涉條紋測(cè)激光波長(zhǎng)做完后，調(diào)節(jié)毛玻璃屏上的同心圓條環(huán)最大，且非定域干涉條紋測(cè)激光波長(zhǎng)做完后，調(diào)節(jié)毛玻璃屏上的同心圓條環(huán)最大，且圓心在亮斑中心。在擴(kuò)束鏡和分光板之間放一毛玻璃，使激光束經(jīng)透鏡發(fā)出圓心在亮斑中心。在擴(kuò)束鏡和分光板之間放一毛玻璃，使激光束經(jīng)透鏡發(fā)出的球面波漫射成為擴(kuò)展的面光源。觀察的球面波漫射成為擴(kuò)展的面光源。觀察M1鏡方向的等傾條紋。進(jìn)一步調(diào)節(jié)鏡方向的等傾條紋。進(jìn)一步調(diào)節(jié)M2鏡微調(diào)螺釘，使上下移動(dòng)眼睛時(shí)個(gè)圓環(huán)的大小不變，而僅僅是圓心隨眼鏡微調(diào)螺釘，使上下移動(dòng)眼睛時(shí)個(gè)圓環(huán)的大小不變，而僅僅是圓心隨眼睛

14、移動(dòng)而移動(dòng)，并且干涉條紋反差大，此時(shí)睛移動(dòng)而移動(dòng)，并且干涉條紋反差大，此時(shí)M1鏡與鏡與M2鏡完全平行，就可以鏡完全平行，就可以看到嚴(yán)格的等傾條紋?？吹絿?yán)格的等傾條紋。 微微轉(zhuǎn)動(dòng)微微轉(zhuǎn)動(dòng)M2鏡的微調(diào)螺釘，此時(shí)鏡的微調(diào)螺釘，此時(shí)M1鏡與鏡與M2鏡不再平行，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，鏡不再平行，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使使M1鏡前后移動(dòng)，觀察干涉條紋的變化規(guī)律，并與圖鏡前后移動(dòng)，觀察干涉條紋的變化規(guī)律，并與圖 比較。比較。13（1）以鈉光為光源，使其照射到毛玻璃屏并形成均勻的擴(kuò)束光源以便于增）以鈉光為光源，使其照射到毛玻璃屏并形成均勻的擴(kuò)束光源以便于增強(qiáng)條紋的亮度。在毛玻璃屏與分光鏡強(qiáng)條紋的亮度。在毛玻璃屏與分光鏡P之間

15、放一叉線并進(jìn)行觀察。這時(shí)之間放一叉線并進(jìn)行觀察。這時(shí)可出現(xiàn)干涉條紋，仔細(xì)慢慢調(diào)節(jié)可出現(xiàn)干涉條紋，仔細(xì)慢慢調(diào)節(jié)M2鏡下的水平微調(diào)螺絲和豎直微調(diào)螺絲，鏡下的水平微調(diào)螺絲和豎直微調(diào)螺絲，使條紋呈圓形。使條紋呈圓形。（2）緩慢移動(dòng)）緩慢移動(dòng)M1鏡，使視場(chǎng)中心的可見度最小，記下鏡，使視場(chǎng)中心的可見度最小，記下M1鏡的位置鏡的位置d1，再沿，再沿原來方向移動(dòng)原來方向移動(dòng)M1鏡，直到可見度最小，記下鏡，直到可見度最小，記下M1鏡的位置鏡的位置d2，即得到，即得到d d。（3 3）重復(fù)上述步驟）重復(fù)上述步驟3 3次，求得次，求得 代入（代入（2 2）式，計(jì)算出鈉光的雙線波長(zhǎng)差）式，計(jì)算出鈉光的雙線波長(zhǎng)差d14

16、 數(shù)據(jù)記錄與處理數(shù)據(jù)記錄與處理 次數(shù)次數(shù)Nd0/mmd100/mmd/mm123456nm81.632標(biāo)準(zhǔn)1.數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄152.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理（1）計(jì)算激光波長(zhǎng)）計(jì)算激光波長(zhǎng) 和不確定度和不確定度 。（2）寫出測(cè)量結(jié)果）寫出測(cè)量結(jié)果U%100標(biāo)標(biāo)EU16 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 1 切勿用手觸摸光學(xué)儀器表面。切勿用手觸摸光學(xué)儀器表面。2 調(diào)節(jié)螺釘和轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，一定要輕、慢，不能強(qiáng)扭硬扳。反射鏡背后的微調(diào)調(diào)節(jié)螺釘和轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，一定要輕、慢，不能強(qiáng)扭硬扳。反射鏡背后的微調(diào)螺釘不可旋得太緊，防止鏡面變形。調(diào)整反射鏡背后微調(diào)螺釘時(shí)，先要把微螺釘不可旋得太緊，防止鏡面變形。調(diào)整反射鏡背后微調(diào)螺釘時(shí)，先要把微調(diào)螺釘調(diào)在中間位置，以便能在兩個(gè)方向上微調(diào)。儀器上所有鎖緊螺釘、鎖調(diào)螺釘調(diào)在中間位置，以便能在兩個(gè)方向上微調(diào)。儀器上所有鎖緊螺釘、鎖緊螺母不能擰得過緊。緊螺母不能擰得過緊。3 測(cè)量中，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪只能緩慢的沿著一個(gè)方向移動(dòng)，否則會(huì)引起較大空回誤差。測(cè)量中，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪只能緩慢的沿著一個(gè)方向移動(dòng)，否則會(huì)引起較大空回誤差。4 激光器電源應(yīng)平穩(wěn)放置，避免觸及其輸出電極。激光器電源應(yīng)平穩(wěn)放置，避免觸及其輸出電極。5 不要用眼睛直接看激光。不要用眼睛直接看激光。172