mikerson 迈克尔逊干涉仪测量光波波长 实验报告.ppt

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2、解。学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。二实验仪器二实验仪器迈干仪的历史背景迈干仪的历史背景迈干仪的历史背景迈干仪的历史背景迈迈迈迈克克克克耳耳耳耳逊逊逊逊（Albert Albert Abrham Abrham Michelson Michelson,1852,1852-1931-1931）,迈迈迈迈克克克克尔尔尔尔逊逊逊逊18521852年年年年12

3、12月月月月1919日日日日出出出出生生生生在在在在普普普普鲁鲁鲁鲁士士士士，2 2岁岁岁岁时时时时随随随随父父父父母母母母移移移移民民民民美美美美国国国国。19071907年年年年诺诺诺诺贝贝贝贝尔尔尔尔物物物物理理理理学学学学奖奖奖奖授授授授予予予予芝芝芝芝加加加加哥哥哥哥大大大大学学学学的的的的迈迈迈迈克克克克耳耳耳耳逊逊逊逊，以以以以表表表表彰彰彰彰他他他他对对对对光光光光学学学学精精精精密密密密仪仪仪仪器器器器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。迈迈迈迈克克克克耳耳耳耳

4、逊逊逊逊是是是是著著著著名名名名的的的的实实实实验验验验物物物物理理理理学学学学家家家家。他他他他以以以以精精精精密密密密测测测测量量量量光光光光的的的的速速速速度度度度和和和和以以以以空空空空前前前前精精精精密密密密度度度度进进进进行行行行以以以以太太太太漂漂漂漂移移移移实实实实验验验验而而而而闻闻闻闻名名名名于于于于世世世世。他他他他发发发发现现现现的的的的以以以以他他他他的的的的名名名名字字字字命命命命名的干涉仪至今还有广泛的应用。名的干涉仪至今还有广泛的应用。名的干涉仪至今还有广泛的应用。名的干涉仪至今还有广泛的应用。迈迈迈迈克克克克耳耳耳耳逊逊逊逊干干干干涉涉涉涉仪仪仪仪是是是是年年

5、年年美美美美国国国国物物物物理理理理学学学学家家家家迈迈迈迈克克克克耳耳耳耳逊逊逊逊和和和和莫莫莫莫雷雷雷雷合合合合作作作作，为为为为研研研研究究究究“以以以以太太太太”漂漂漂漂移移移移实实实实验验验验而而而而设设设设计计计计制制制制造造造造出出出出来来来来的的的的精精精精密密密密光光光光学学学学仪仪仪仪器器器器。实实实实验验验验结结结结果果果果否否否否定定定定了了了了以以以以太太太太的的的的存存存存在在在在，解解解解决决决决了了了了当当当当时时时时关关关关于于于于“以以以以太太太太”的的的的争争争争论论论论，并并并并为为为为爱因斯坦发现相对论提供了实验依据。爱因斯坦发现相对论提供了实验依据。

6、爱因斯坦发现相对论提供了实验依据。爱因斯坦发现相对论提供了实验依据。二实验仪器二实验仪器由由于于迈迈克克尔尔逊逊干干涉涉仪仪将将两两相相干干光光束束完完全全分分开开，它它们们之之间间的的光光程程差差可可以以根根据据要要求求作作各各种种改改变变，测测量量结结果果可可以以精精确确到到与与波波长长相相比比拟拟，所以应用很广。所以应用很广。迈迈克克尔尔逊逊用用干干涉涉仪仪最最先先以以光光的的波波长长测测定定了了国国际际标标准准米米尺尺的的长长度度。因因为为光光的的波波长长是是物物质质基基本本特特性性之之一一，是是永永久久不不变变的的，这这样样就就可可以以把长度的标准建立在一个永久不变的基础之上。把长度

7、的标准建立在一个永久不变的基础之上。此此外外，迈迈克克尔尔逊逊干干涉涉仪仪还还被被用用来来研研究究光光谱谱线线的的精精细细结结构构，这这些些都都大大大大推推动动了了原原子子物物理理与与计计量量科科学学的的发发展展，迈迈克克尔尔逊逊干干涉涉仪仪的的原原理理还还被被发发展展和和改改进进为为其其他他许许多多形形式式的的干干涉涉仪仪器器。例例如如米米尺尺的的标标定定及及干干涉涉分分光光工工作作已已改改用用法法布布里里珀珀罗罗干干涉涉仪仪。但但迈迈克克耳耳逊逊干干涉涉仪仪的的基本结构仍然是许多干涉仪的基础。基本结构仍然是许多干涉仪的基础。目目前前根根据据迈迈克克耳耳逊逊的的基基本本原原理理研研制制的的各

8、各种种精精密密仪仪器器广广泛泛用用于于生生产产和科研领域。和科研领域。二实验仪器二实验仪器迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪激光器光源激光器光源分光板分光板补偿板补偿板扩束镜扩束镜反射镜反射镜M1反射镜反射镜M2观察屏观察屏M2移动导轨移动导轨三实验测量原理三实验测量原理D DPLC3A1B2(n2 n1，薄膜上下表面平行薄膜上下表面平行)2与与 3的光程差为：的光程差为：加强加强加强加强 明纹明纹明纹明纹减弱减弱减弱减弱 暗纹暗纹暗纹暗纹等倾干涉原理等倾干涉原理等倾干涉原理等倾干涉原理三实验测量原理三实验测量原理 干涉条纹的级次干涉条纹的级次K仅与仅与倾角倾角i有关，点

9、光源有关，点光源S发发出的光线中，具有同一出的光线中，具有同一倾角的反射光线会聚干倾角的反射光线会聚干涉，形成同一级次圆环涉，形成同一级次圆环形干涉条纹，称为等倾形干涉条纹，称为等倾干涉条纹。干涉条纹。条纹中心处，入射角条纹中心处，入射角i=0对应条纹级次最高对应条纹级次最高三实验测量原理三实验测量原理迈干仪的干涉原理迈干仪的干涉原理迈干仪的干涉原理迈干仪的干涉原理单单色色光光源源反反射射镜镜 反射镜反射镜与与 成成 角角补偿板补偿板 分光板分光板 移动导轨移动导轨扩束镜扩束镜三实验测量原理三实验测量原理反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源 的像的像光程差为光程差为 在迈克尔逊干涉仪中产生

10、的干涉相当于厚度为在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉相当于厚度为d的空气的空气薄膜所产生的干涉，当薄膜所产生的干涉，当M1与与M2垂直时，即垂直时，即M1与与M2平平行时，可以观察到等倾干涉条纹。中心处两束相干光的行时，可以观察到等倾干涉条纹。中心处两束相干光的三实验测量原理三实验测量原理 两相干光束在空间完全分开，两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜的方法改变两光并可用移动反射镜的方法改变两光束的光程差束的光程差.若中心处为明条纹，则若中心处为明条纹，则若改变反射镜的位置，使若改变反射镜的位置，使中心仍为明条纹，则中心仍为明条纹，则只要测出干涉仪中只要测出干涉仪中M1移动移动的距离的距离d,

11、并数出相应的并数出相应的“吞吐吞吐”环数环数k,就可求出就可求出.波长测量原理波长测量原理波长测量原理波长测量原理四实验数据要求四实验数据要求每间隔每间隔每间隔每间隔5050条条纹记录数据条条纹记录数据条条纹记录数据条条纹记录数据 用逐差法处理数据用逐差法处理数据用逐差法处理数据用逐差法处理数据平面镜的位置平面镜的位置d d1 1d d2 2d d3 3d d4 4d d5 5平面镜的位置平面镜的位置d d6 6d d7 7d d8 8d d9 9d d1010 d di id di i5 5d di i20为机械传递系数为机械传递系数四实验数据要求四实验数据要求简单求解不确定度简单求解不确定

12、度简单求解不确定度简单求解不确定度先计算先计算先计算先计算dd的不确定度的不确定度的不确定度的不确定度 再计算再计算再计算再计算 的不确定度的不确定度的不确定度的不确定度 五实验注意事项五实验注意事项必须了解仪器的操作和使用方法后方可使用。必须了解仪器的操作和使用方法后方可使用。为为了了使使测测量量结结果果正正确确，必必须须避避免免引引入入空空程程，应应将将手手轮轮按按原原方方向向转转几几圈圈，直到干涉条纹开始均匀移动后，才可测量。直到干涉条纹开始均匀移动后，才可测量。在在调调节节和和测测量量过过程程中中，一一定定要要非非常常细细心心和和耐耐心心，转转动动手手轮轮时时要要缓缓慢慢、均均匀，匀，

13、切忌用力过猛。切忌用力过猛。激光不能直射入眼。激光不能直射入眼。激光不能直射入眼。激光不能直射入眼。轻拿轻放，避免使光学仪器或元件受到冲击或震动、摔落。轻拿轻放，避免使光学仪器或元件受到冲击或震动、摔落。切忌用手触摸元件的光学表面，应拿取磨砂面或边缘。切忌用手触摸元件的光学表面，应拿取磨砂面或边缘。不能对着光学元件说话、咳嗽、打喷嚏。不能对着光学元件说话、咳嗽、打喷嚏。绝绝绝绝对对对对不不不不许许许许用用用用手手手手触触触触摸摸摸摸各各各各光光光光学学学学元元元元件件件件，光光学学表表面面有有灰灰尘尘或或污污痕痕，可可用用镜镜头头纸纸、丙酮进行处理，切忌用手、衣服等。丙酮进行处理，切忌用手、衣

14、服等。实验完毕，数据经检查后方可拆除光路，整理仪器，一切复位。实验完毕，数据经检查后方可拆除光路，整理仪器，一切复位。思考思考迈干仪还有没有其它的用途？迈干仪还有没有其它的用途？迈干仪还有没有其它的用途？迈干仪还有没有其它的用途？迈迈克克耳耳逊逊干干涉涉仪仪的的两两臂臂中中便便于于插插放放待待测测样样品品，由条纹的变化测量有关参数，精度高。由条纹的变化测量有关参数，精度高。在在光光谱谱学学中中，应应用用精精确确度度极极高高的的近近代代干干涉涉仪仪可可以精确地测定光谱线的波长及其精细结构；以精确地测定光谱线的波长及其精细结构；在在天天文文学学中中，利利用用特特种种天天体体干干涉涉仪仪还还可可测测定定远远距距离离星星体体的的直直径径以以及及检检查查透透镜镜和和棱棱镜镜的的光光学学质质量等等量等等