迈克尔逊干涉仪申优论文

迈克尔逊干涉仪申优 2009大学生物理实验研究论文 迈克尔逊干涉仪实验中常见问的分析 XXX,1600XXXX, (XX大学 XXXX学院，南京 211189) 摘 要: 本文对迈克尔逊干涉仪的调节和使用中存在的几个问题进行了分析和讨论，并给出了解决建议。 关键词: 等倾干涉;等厚干涉;定域干涉;非定域干涉;白光干涉 The discussion of some problems in the experiment of michelson interferometer Abstract: Problems about the regulation and the usage of Micheleson interferometer are analysed and discussed in the article，the solutions to the problems are also suggested in it。 key words: Interference of equal angle of inclination;interference of equal thickness;localized interference;no-localizedinterference;interference of white light; 在迈克尔逊干涉实验中，实验者面临一下几个问1.1 什么是等倾干涉 题:(1)怎样调节和判断等倾现象的出现;(2)怎样 调节和判断等厚现象的出现;(3)怎样区分定域干涉迈克尔逊干涉仪中等倾干涉出现的光路如图1与非定域干涉条纹;(4)白光干涉的中央条纹是亮条所示，等倾干涉的前提是M1与M2’严格平行，这样纹还是暗条纹。 在扩展光源的照射下，我们看到的干涉图形中的每 条圆环状干涉条纹对应的人射光线有相同的人射 倾角，即同一条干涉条纹人射光有相同的人射倾角1 等倾干涉的调节现象及遇到的问题 的干涉现象叫等倾干涉。等倾干涉的条件是非常严作者简介: 格的，是迈克尔逊干涉仪产生的干涉现象中的一种 极端情况。 1.2 怎样调节等倾干涉的现象 大多数情况下M1与M2’形成的空气薄层厚度d远大于人 射光波长，这时我们看到的干涉条纹是圆形的。如果 M1与M2’不严格平行，当我们的眼睛上下或左右移动时 我们看到的干涉圆环大小发生变化，还会有干涉条纹 2009大学生物理实验研究论文 “冒出”或“缩进”现象。这是由于眼睛移动时我们发光点都产生自己的1组等厚干涉条纹(各组条纹看到的地方空气薄层厚度d发生了变化引起的。为了使不相干)，总的干涉条纹取决于光强的直接迭加，M1与M2’严格平行，调节M2的竖直和水平拉簧，同时眼出现的干涉条纹却存在几种可能性:干涉条纹为曲睛上下左右移动，当看到的条纹大小不发生变化时，线、直线或圆环状。同一条曲线(或圆环状)干涉说明空气薄层厚度d不再随我们的眼睛移动而变化。亦条纹上的各点对应的M1与M2’之间楔形空气层厚即M1与M2’严格平行。这时看到的条纹为等倾干涉条度已经不同，不是等厚干涉条纹。据等厚干涉的定纹。有好多实验讲义要求学生利用等倾干涉条纹测量义分析:M1与M2’之间有微小夹角a，光束1和光束单色光波长入，即移动M1改变空气薄层厚度d，数出“产2的光程差为2dcos i，i为光束2的折射光与M2’的生”或“缩进”条纹个数N，则:波长=2(d2-d1)/N法线的夹角，d为空气薄膜厚度. 当d很小( d=0 或也有的讲义要求利用等倾干涉条纹测量钠黄光的波长波长的线度),cos i对光程差无影响(或可忽略)，差. 同一干涉条纹对应相同的薄膜厚度，是等厚干涉。1.3 等倾干涉实验时出现的问题 如迈克尔逊干涉仪上的白光干涉便是等厚干涉。 在上述移动M1的过程中.做实验的同学经常提出M1 与M2’不平行了，因为他们移动M1时发现自己眼睛的移 动又看到干涉圆条纹大小发生变化，根据等倾干涉的 判断方法很容易得出所看到条纹不是等倾干涉条纹， 因而对自己的测量数据产生怀疑。的确，当我们一移 动M1,M1与M2’就不再严格平行了，看到的干涉条纹也 不再是等倾干涉条纹。等倾干涉的条件非常苛刻，M1 移动时很难保证其方向严格不变，因而也保证不了干 涉条纹的等倾性。所以这里建议不提用等倾干涉条纹 测单色波长，而提用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长 图2 等厚干涉光路图 或测量钠黄光波长差就不会引起混乱了. 3 定域干涉条纹和非定域干涉条纹 判定 3.1 非定域干涉条纹产生的条件 单色点光源S发出的光经M1与M2’反射后在E处发 生的干涉(见图3)，相当于2个相距2d的虚光源 S1,S2’发出的光的干涉.由于2束光在S1,S2’轴线方 向及其附近区域处处相干，所以是非定域干涉成实 像.干涉条纹的特点取决于M1与M2’之间的空气层2 等厚干涉现象 的厚度d及其夹角a. 从理论上分析，等厚干涉条纹是由空气薄层厚度相3.2 定域干涉条纹产生的条件 同的地方所产生的反射光形成的;在迈克尔逊干涉单色扩展光源如钠光灯、低压汞灯等(实验中常用仪实验中，出现的等厚干涉条纹呈直线。但大多数He-Ne激光光源作为扩展光源)发出的光经M1与实验讲义叙述不够严谨。一般讲义叙述，当M1与M2’反射后的光发生干涉成虚像(见图3)，此现象M2’之间有微小夹角a时，形成楔形空气薄层，产生为定域干涉. 的干涉条纹为等厚干涉条纹。实验时，对于一发光 面，考虑不同的发光点在某点的入射角不同，每一 2009大学生物理实验研究论文 (或人眼)的共轭面上，而不是焦平面上，因此， 当眼睛上下(或左右)移动时，由于观察的方向不 同，干涉条纹成像在空气层前后的位置发生变化， 致使有“干涉条纹移动”的感觉! 4白光干涉条纹的中央条纹是亮纹还 是暗纹 国内有许多实验讲义都说白光干涉条纹的中央条纹是 图3 非定域干涉光路图 亮条纹，而许多学生在实验中发现白光干涉条纹的中 央条纹是暗条纹，这是为什么呢?问题出在半透射膜 上，本文开头讲了半透膜是在分光板G1的第二面上镀 铝或镀银或镀其它材料所制成。一般的实验讲义没有 把半透膜的作用考虑到光程的计算里。如果没有半透 膜(干涉条纹仍能出现，但可见度低)白光干涉的中央 条纹是暗条纹。因为(2)路光经过G1反射时有半波损 失，因此(1)路光和(2)路光在中央条纹处相遇时正好 是反相的，所以相消。当有半透膜镀在G1的第二面上 时，(2)路光的半波损失依然存在，(1)路光经G1反射 如有半波损失，则中央条纹为亮条纹，若(1)路光经G1 图4 定域等厚干涉光路图 反射没有半波损失，则中央条纹为暗条。(1)路光经G1 反射有无半波损失由半透膜光学性质决定。设分光板3.3 图样的识别 玻璃的折射律为n1，半透膜的折射律为n2，根据菲涅 耳公式:n1>n2时(1)路光无半波损失，n1表

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