1、迈 克 耳 逊 干 涉 仪,迈克耳逊(A.A.Michelson)干涉仪,迈克耳孙干涉仪,分束玻片,补偿玻片,反射镜,反射镜,M,1,观察屏,入射光线,等倾和等厚光路,等 厚 干 涉 条 纹,等 倾 干 涉 条 纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动
2、,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,1,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,1,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,1,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干
3、涉条纹的移动,1,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,1,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,1,M,M,1,2,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,干涉条纹的移动,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条
4、纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变
5、大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1,M,M,1,2,干涉条纹的移动,当,M,M,1
6、,2,与,之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。,之,1. 1892年，迈克尔逊利用干涉仪首先测定了镉(Cd)的波长为643.84696nm. 因为光的波长稳定，容易再现，特别是在干涉仪上光的波长能直接当作长度单位。所以，用光的波长作为长度基准是方便的。在1960年第11届国际计量会议上曾决定以氪-86橙线的波长作为长度基准，规定,迈克尔逊将毕生的精力都献给了研制干涉仪和精确测定光速的事业，于1907年荣获诺贝尔物理学奖。,迈克耳逊干涉仪,2. 精密长度测量（利用干涉条纹的移动）,当M1的移动距离为/2时，观察者将看到一条明纹或暗纹移过视场中的十字叉丝。如数出条纹移动的数目
7、N, 则可得出平面镜M1平移的距离：d=N/2,于是， 和 间距离变化一个 ，则条纹移动一条,若两臂相等，则玻璃管内气体抽空前后的光程差为,在迈克尔逊干涉仪的一臂放入一个长为d=0.20m的玻璃管，并充以一个大气压的气体，用波长为546nm的光产生干涉，当将玻璃管内的气体逐渐抽成真空的过程中，观察到有205条干涉条纹的移动。试计算气体的折射率n.,3. 测量介质的折射率。,解：,迈克耳逊干涉仪,对不同特殊用途，设计制造了许多专用干涉仪,显微干涉仪：测表面光洁度 泰曼-格林干涉仪：测光学元件成象质量 干涉比长仪测长度 瑞利干涉仪：测气体、液体折射率 测星干涉仪：测星球角直径 ,美国新墨西哥州射电
8、干涉仪,迈克耳逊干涉仪,意大利用于探测引力波臂长3km的迈克尔孙干涉仪的真空管,迈克耳逊干涉仪,例：迈克尔孙星体干涉仪,增大M1、M2的距离至屏上干涉条纹刚好消失，从而计算星体的角宽度。,迈克耳逊干涉仪,例：马赫曾德干涉仪 根据相对运动原理，航空工程中用风洞实验来研究飞机在空气中飞行时空气中的情况。由于气体中各处压强或密度的差异可以通过折射率的变化反映出来，所以用干涉方法研究气体中各处的折射率便可推知气体中压强或密度分布。图中所示是为此目的设计的马赫曾德干涉仪原理图和高速气流经过尖锥时某时刻的干涉图样。干涉仪的调节状态是使平波面与通过气流的波面略有倾斜，这样在不受影响的气体区域中有等间距的平行
9、直条纹。,电视塔模型的风洞实验,迈克耳逊干涉仪,电视塔模型的风洞实验,迈克耳逊干涉仪,例：在迈克尔逊干涉仪的一个臂放入一个长为d=0.2m的玻璃管，并充以一个大气压的气体，用波长为546nm的光产生干涉，当将玻璃管内的气体逐渐抽成真空的过程中，观察到有205条干涉条纹的移动。试计算气体折射率n.,解：,当M1、M2的镜面相互不垂直时，空气膜为劈尖，可观察到等间距的直线等厚条纹。,多光束的干涉,一 、多光束的干涉,杨氏双缝干涉实验中的双缝，以多缝代之，结果将如何呢？在多缝情况下，我们将同频率、同振动方向、位相依次相差同一数值的N束光相干，称之为多光束的干涉。,二、加强和减弱的条件,1. 复习多个
10、同方向同频率谐振动的合成的一种特殊情况，位相依次相差同一数值.,用矢量图解法：设N束光，用a1,a2,a3,a4,aN代表各光束的振幅矢量，位相依次相差. 为了简单设a1=a2=a3=aN=a,当=2k(k=0,1,2,)即=0,2,4,那么，A=Na，I(光强)=A2=(Na)2 这是主极大。,多缝干涉光强曲线,当=2k/N (N=2k,k=1,2,3,但k不能取0,N,2N, 因为k取0,N,2N则=0,2,4,为主极大情形),那么，A=0，I(光强)=A2=0 这是极小。,举例：k=1,=2/N,为了简化N取4，则=/2；若N取8，则=/4,当=(2k+1)/N (k=1,2,3, 但k
11、不能取0,N-1,N, 因为下方框中的都包含在主极大中，应排除在外),那么，这种情况中的A大小比起主极大的Na要小得多，但比极小要大，故称为次极大。,K取0， =/N K取N-1,=(2k-1)/N K取N， =(2k+1)/N,讨论：,N=3：,N=4：,我们可以分析得出两个相邻的主极大之间应有 N-1=4 个极小，有N-2=3个次极大。,N=5：,依次类推，N 越大（缝越多），那 N-1个极小就越大，暗纹越来越多，暗纹和次极大几乎连成一片，形成微亮的暗背景，主极大越来越细窄，非常明亮。这就是多光束干涉条纹的特点。, 相干长度,原因：当一对相干光束的光程差超过一定范,问题：普通窗玻璃有两个表面，光在两个,最大光程差。,围后，将看不到干涉条纹。,纹？,表面反射时，为什么看不到干涉条,1、2 两光不相干,光程差不大,1、2 两光发生干涉,相干长度与谱线宽度的关系：,糊不清。,能形成干涉条纹的条件是：,此式表明：最大光程差和谱线宽度成反比。,光源单色性越好，相干长度越大。,常用光源单色光的相干长度,
