物理化学电子教案第六章.ppt

下一页 主目录 返 回 物理化学电子教案第六章 第一页，共十八页，2022年，8月28日 迈克尔逊简介 迈克尔逊（Albert Abraban Michelson，1852－1931） 美国物理学家。 曾从事光速的精密测量 工作。 迈克尔逊首倡用光波波 长作为长度基准。 1881年，他发明了一种 用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉 仪（迈克尔逊干涉仪）。 他与美国物理学家E.W. 莫雷合作，进行了著名的迈克尔逊－莫雷实验， 否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对 论奠定了基础。 由于创制了精密的光学 仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和基本度量 学研究，迈克尔逊于1907年获诺贝尔物理学奖金。 第二页，共十八页，2022年，8月28日 1.实验目的 1、测量钠光D双线的波长差； 2、观察白光干涉条纹； 3、测量白光的相干长度。 第三页，共十八页，2022年，8月28日 点光源S。分光镜G1，G1右表面镀有半透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。 全反射镜M1和M2：M1为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。M2为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。? 迈克尔逊干涉仪结构原理 迈克尔逊干涉仪的结构及光路 观察区域F，如到达F处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。? G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。 2.实验原理 第四页，共十八页，2022年，8月28日 分光板把入射光分成两束强度几乎相等的光束（因此迈克尔逊干涉仪是分振幅干涉），这两束光经过两个平面镜的反射之后汇集到分光板后面发生干涉，形成干涉条纹（因此迈克尔逊干涉仪是双光束干涉）。可动平面镜和固定平面镜的虚像形成了一个薄的空气层，这两束光可以看成是从该膜的上下底面上方反射回来的。这种干涉现象跟厚度为d的空气薄膜产生的干涉现象等效。因此迈克尔逊干涉仪的等效光路就是一个薄膜干涉。 第五页，共十八页，2022年，8月28日 1、如果光源是点光源，则产生非定域干涉 2、如果光源是扩展光源，则产生定域干涉 3、如果两个平面镜严格垂直，即空气膜厚度处 处相等，则形成等倾干涉条纹------同心圆环。 4、如果两个平面镜稍有倾斜，即空气膜为一个 空气劈尖，则形成等厚干涉条纹------直条纹。 5、如果利用扩展白光源，则可以看到彩色条纹。 干涉图样的类型 第六页，共十八页，2022年，8月28日 激光源的等倾 干涉图 第七页，共十八页，2022年，8月28日 白光干涉图 第八页，共十八页，2022年，8月28日 光谱双线波长差 如前述的原理，当M1与M2互相平行时，得到明暗相间的圆形干涉条纹。如果光源是绝对单色的，则当M1镜缓慢移动时，虽然视场中心条纹不断涌出或陷入，但条纹的衬度不变，所谓条纹的衬度是指条纹的清晰程度，通常定义为 式中Imax和Imin分别为亮纹的光强和暗纹的光强。 如果光源中包含有波长相近的两种光波λ1和λ2，则可遇到这样情况：两列光波（1）和（2）的光程差恰好为λ1的整数倍，而同时又为λ2的半整数倍，亦即 第九页，共十八页，2022年，8月28日 这时，λ1光波成亮环的地方，恰好是光波λ2被生成暗环的地方。如果这两列光波强度相等，则由定义，在这些地方条纹的衬度为零。从某一衬度为到相邻的下一次衬度为零，即如果第一次衬度为零时，λ1为亮环，那么第二次它即为暗条纹，也就是光程差的变化△L对λ1是半个波长的奇数倍，同时对λ2也是半个波长的奇数倍，又因这两个奇数是相邻的，故得 于是 对于视场中心来说，设M1镜在相继两次衬度为零时移动△L应等于2△d，所以 只要知道两波长的平均值 和M1镜移动的距离△d，就可以求出两者的波长差△λ，根据这原理，可以用实验测量钠光D双线的波长差。 第十页，共十八页，2022年，8月28日 考虑等倾条纹时视场中心处的 情况。对于任何一种光源，都存在一个dm值， 时，视场中干涉场的可见度为零；只有当 时，才能出现干涉条纹。不同光源的dm值不同，即能够产生干涉条纹的最大光程差 不同。我们称