大学基础物理实验课件迈克尔逊干涉仪.ppt

迈克尔逊干涉仪的调整和波长测量,北京航空航天大学物理实验中心,李朝荣,实验及应用背景介绍实验目的和教学要求实验原理实验仪器实验内容注意事项问题讨论与思考辅助实验与选做实验,迈克尔逊干涉仪的调整和波长测量,一、实验及应用背景介绍,1881年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷为研究“以太”漂移制成精密干涉仪迈克尔逊干涉仪最先用干涉仪以光的波长测定了国际标准米尺的长度 精密地测定光波波长、微小长度、光源的相干长度等测量气体、液体的折射率发展和改进为其它许多形式的干涉仪器,二、实验目的和教学要求,熟悉迈克尔逊干涉仪的结构，掌握其调整方法；通过实验观察，认识点光源非定域干涉条纹的形成与特点；用干涉条纹变化的特点，测定光源波长。,三、实验原理,1相干条件：,2迈克尔逊干涉原理,S、M1、M2和 E分布在四个不同方向，有充分的空间可以安插其它器件进行调整处理，测量上有很大的灵活性。,频率相同，振动方向相同，相位差恒定,半反半透膜,三、实验原理,3点光源干涉,点光源非定域干涉,相对：S S，M1M1相对M2：S S2 相对M1：S S1 即虚光源S1、S2 在空间处处相干，故称非定域干涉。,三、实验原理,4单色点光源的非定域干涉条纹,干涉图样为空间旋转双曲面：,屏垂直于S1和S2连线：圆形干涉条纹 屏平行于S1和S2连线：双曲线形干涉条纹,思考：当屏处于其它方位时，条纹为何形状？什么条件下能得到直条纹？,三、实验原理,5点光源等倾干涉条纹,当屏垂直于S1和S2连线时，得等倾干涉2dcosj=kl k=0,1,2,主要特点：（1）d、l一定，j 角相同的条纹属同级k，故形成同心圆环（2）d、l一定，j 0 处的条纹级数k0最高k02d/l（3）k、l一定，d减小时j 角减小，即干涉圆环内缩；同理d增大时干涉圆环外扩（4）d=时，干涉场内无干涉条纹,四、实验仪器,迈克尔逊干涉仪,五、实验内容,（1）粗调：将M1、M2方位螺钉和拉簧调至半松半紧状态,调激光器方位，使反射光大致对称分布,（2）细调：调节M1、M2方位螺钉，使反射光对准激光出口,（3）微调：调节拉簧，使在屏正中央得一正圆形干涉条纹,（4）精调：换面光源，调节微调拉簧至中心条纹大小不随眼睛移动而改变,1迈克尔逊干涉仪的调整,五、实验内容,2点光源干涉测激光波长,等倾干涉：2dcosj=kl k=0,1,2,当中央条纹内缩或外扩DN 次，光程差为2DdDNl于是,利用逐差法处理数据思考：DN 应如何选取？,六、注意事项,1读数机构 主尺1mm，粗动轮0.01mm，微动轮0.0001mm 仪器误差 0.00005mm 2零点误差：粗动轮与微动轮零点不匹配读数轮特点：“微”带“粗”动，“粗”动“微”不动消除方法：先调“微”指零，再将“粗”对齐刻线3空程误差：螺纹间隙误差消除方法：始终沿一个方向旋转读数轮4等光程位置判断：视场中心无干涉条纹；该位置前后条纹吞吐状态改变,七、问题讨论与思考,1课堂讨论（1）如何获得点光源和面光源？,激光束由于发散角很小，可近似看作平行光，经扩束镜扩束后即可视为由焦点处发出的球面波点光源。将上述球面波投射到毛玻璃上，由于毛玻璃的散射作用，其上每一点均可视作一点光源，合成结果形成面光源。,七、问题讨论与思考,1课堂讨论,图示现象是条纹间距过密的表现，由公式2dcosj=kl 可知，系光程差过大所致。应旋转读数轮使M2向M1靠拢，此间条纹应不断内缩。,（2）实验中微调后，有时会出现如图所示干涉环很小的现象，给测量带来不便。请问这是什么原因造成的？应如何处理？,七、问题讨论与思考,1课堂讨论,（3）在换成面光源后，通常中心条纹大小会随眼睛移动而改变。这是什么原因造成的？应怎样进行调整？,这是因为M2与M1不平行，当眼睛左右移动时，目光所及处的光程差发生变化，如图示情形，眼睛右移时将看到条纹外扩。,应仔细调节M1的拉簧至条纹不再变动，则M2/M1。,七、问题讨论与思考,2实验后思考题 书后1、2、3,八、辅助实验与选做实验,辅助实验：牛顿环干涉测曲率半径 看书自学选做实验：劈尖干涉测细丝直径 自行设计实验方案,再见！,谢谢！,