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迈克尔逊干涉仪包括:

分光板和补偿板
反射镜
粗调和微调鼓轮
轨道上的标尺
光源1:激光光源和扩束镜

 

观察屏
光源2:白光光源
镜中虚像彩色条纹
光源3:钠光源
 

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图 1 :     迈克尔逊干涉仪(使用钠光源时)

迈克尔逊最早为了研究光速问题而精心设计了该装置。它是一种分振幅的干涉装置,它将一路光分解成相互垂直的两路相干光,然后通过反射再重新汇聚在另一个方向上。基于其结构原因,它是光源、两个反射镜、接收器(屏或眼睛)四者完全分立,东南西北各据一方,便于光路中安插其它器件。如利用白光测玻璃折射率,测定气体折射率等。迈克尔逊干涉仪可以使等厚干涉、等倾干涉及各种条纹的变动做到非常易于调整,很方便进行各种精密测量。它的设计精巧,用途广泛,在许多科研领域都有它应用的身影。

 

图 2 :     迈克尔逊干涉仪原理图

A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点,可以用观察屏来获得实像,也可以直接观察镜中虚像

图中的M2'是等效的M2位置。M1可在光线行进方向移动,产生与M2'的不同光程差。M1的位置使用粗调和细调旋钮调节,并且移动轨道上设有标尺

 

图 3 :     分光板、补偿板和反射镜

A和B是取自同一块玻璃上的厚度和折射率一样的两个玻璃板,其中一块A 的背面镀上半透半反膜,它使光线分成光强大致相等的两束相干光。另一块是补偿板,它的作用是在两个反射镜在等臂时光程相等;因为若没有补偿板,一路反射光通过A三次,而另一路透射光只通过A一次;这对于单色光时没有影响,对于复色光时则影响测量结果。

其背面有三个可调螺钉,在实验中它充当三维角度调整;其中一个镜子的虚像(M2')和另一个镜子(M1)之间形成"空气夹层"。若空气层是绝对的平行,则形成的条纹是等倾干涉圆条纹;若空气层是楔形的,则形成的条纹是等厚干涉直条纹。两个反射镜中一个(M2)是固定的,另一个(M1)是可以在导轨上移动的。

[参考]:原理图

 

图 4 :     粗调和微调鼓轮

粗调鼓轮,每周为100个均匀刻度,每旋转一周,主尺刻度进动1mm,因此其精度为0.01mm;微调鼓轮,每周为100个均匀刻度,每旋转一周,粗调鼓轮刻度进动一个刻度,因此其精度为0.0001mm .

 

图 5 :     轨道上的标尺

主尺的最小刻度是1mm ,行程0-100mm

 

图 6 :     光源1:激光光源和扩束镜

扩束镜的目的是将激光光束扩大照射到分光板上,使得人们在视场可以观察到合适的干涉条纹;同时也大大降低了激光的照度,减小其危害性。

 

图 7 :     观察屏

激光等倾干涉时的同心圆环干涉条纹,这是在测量激光波长时的实时条纹。

 

图 8 :     光源2:白光光源

我们在进行介质折射率的测量时,必须先用激光将两臂调节到几乎近似对称的时候,即条纹要非常宽的时候,将白光光源放上后,我们将看到彩色条纹

 

图 9 :     镜中虚像彩色条纹

将待测介质放上后,再重新调节微动旋钮,等到我们在视场中重新看到彩色条纹位于中央为止。两次的位置差即是我们所需要记录数据。

中国科学技术大学 2003 by USTC

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