2022-2023学年高二物理竞赛课件：迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪 迈克尔逊干涉仪 迈克耳逊在工作 迈克耳逊(A.A.Michelson) 美籍德国人 因创造精密光学仪器,用以进行光谱学和度量学的研究,并精确测出光速,获1907年诺贝尔物理奖。 二. 光路图 S 分光板 补偿板 补偿光程,使两光束在玻 璃介质中的光程相等. 扩展光源 2' 2' M2 M1 1' 1' 1 2 半透半反膜 三 . 工作原理 光束2′和1′发生干涉 若M 1、M2平行 等倾条纹 若M 1、M2有小夹角 等厚条纹 光程差:空气薄膜厚度的两倍 M 1 2 2 1 1 S M2 M1 G1 G2 E 空气薄膜 迈克耳逊干涉仪中观察到的几种典型条纹 四. 测量原理 空气膜厚度变化 /2 光程差 L= 亮(暗)条纹移过一条 前后调节M2,相当于改变两镜空气间隙的厚度 如果干涉条纹移动N 条,则 M2移动距离: 五. 应用 精确测量长度或长度的变化、测量波长、测量介质折射率及研究光谱线精细结构等 用迈克耳孙干涉仪测气流 光波的空间相干性 讨论光源宽度对干涉条纹衬比度的影响。 x I 合成光强 0N x +1L 0M 0L -1N S1 d /2 S2 R D 光源宽度为 b b/2 L M N 0M 0N 0L I 非相干叠加 +1L 1N 8 在双缝干涉实验中,当光源狭缝逐渐变宽时,干涉条纹就逐渐模糊,当缝宽达到一定宽度时,干涉条纹也由模糊趋向消失。这说明干涉条纹的可见度与光源的宽度有密切关系。…. 带状光源可看作是由许多垂直纸面的线光源排列组成。每个线光源的光通过双缝后在屏上均要产生一套干涉条纹。但是屏上总的条纹强度是各套条纹的非相干叠加。由于光源上不同点所形成的各套条纹不相重合,彼此错开,就会使整个干涉条纹变得模糊起来。 ▲临界宽度 当光源宽度b增大到某个宽度b0时,干涉条纹刚好消失, b0就称为光源的临界宽度。 一级明纹: D >> d: R >>b0 , d: r 1 L' △x / 2 d 0 D R +1L · L r2 r1 r 2 单色光源 b0 / 2 x L M 9 若L点光源产生的一级明纹真好与M点光源产生的一级暗纹重合,则整个干涉条纹因相互错开而变得完全模糊,这时干涉条纹刚好消失。 例 在折射率为1.52 的镜头表面涂有一层折射率为1.38的MgF2增透膜,如此膜适用于波长为550nm的光,膜的厚度是多少? 玻璃 空气 介质膜 n1=1 n=1.38 n2=1.52 解: 上下表面两次半波损失 反射光相消 当取k=0 等倾干涉 等倾条纹照相 观察等倾条纹的实验装置和光路 i n M L S f 屏 L f P o r环 B e n n n > n i r A C D · · 2 1 S i i i 光束1、2的光程差: · · · 得 或 明纹 暗纹 倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹 —等倾条纹 $