物理光学A---第三章 光的干涉和干涉仪 （下）.pptVIP

1. 历史背景 声波 介质 光~电磁波 介质？ 实验设计无可挑剔，仪器的灵敏度至今令人叹服。用这样的精密仪器可以测得一根条纹的百分之一的移动变化。他们在一年四季的所有日子，以及一天的白昼和夜晚都进行观测，结果都未观测到预期的条纹移动，就连百分之一的移动也没有。 实验结果迫使人们作非此即彼的选择： 要么地球不在运动；要么根本就没有以太这种东西。 新的理论？ 否定“以太” 1905年， 狭义相对论 1.相对性原理 2.光速不变原理 我尊敬的迈克耳逊博士，您开始工作时，我还是一个小孩子，只有一米高。正是您，将物理学家引向新的道路。通过您的精湛的实验工作，铺平了相对论发展的道路。您揭示了光以太理论的隐患，激发了洛伦兹和菲兹杰诺的思想，狭义相对论正是由此发展而来。没有您的工作，这个理论今天顶多也只是一个有趣的猜想，您的验证使之得到了最初的实际基础。 等倾干涉 条纹特点： 中心是点，亮暗可算； 中间级次高； 里疏外密； 膜越厚，条纹越密 基本公式： 结论： 薄膜变薄：条纹吞入； 薄膜变厚：条纹吐出。 原因？ 眼睛~条纹~光强~位相~光程差~h·cosθ 混合型干涉 条纹弯向厚度大的方向 结论 薄膜变薄，条纹移向厚度增加方向（楔顶）； 薄膜变厚，条纹移向厚度减小方向（楔脚）； 厚度过大，干涉条纹消失。（时间相干性） （3）白光入射，为什么一定要有补偿板？ 应用举例：P243 题目10-6 某一台迈克尔逊干涉仪，所用红光波长λ=632.8nm，谱线宽度△λ=10^-4nm,整机接收灵敏度δN=1/10。求 (1)此仪器的测量精度 (2) 测量范围 解答：(1).设M1固定，移动M2，则到达观察屏的两束光的光程差为： 根据光谱宽度与波列长度的关系： 3.Michelson干涉仪的理论意义 应用价值 狭义相对论的实验支持； “米”的现代定义 其他类型干涉仪的原型 1892年到1893年，迈克耳逊发现保存在巴黎国际度量局的标准米是镉(Cd)光谱红线波长的1553163.5倍。这样，他就为长度基准找到一个非实物标准。（λ＝643.8nm） 1907年迈克耳逊就是由于在“精密光学仪器和用这些仪器进行光谱学的基本长度测量方面的工作，荣获诺贝尔物理奖。 其他干涉仪 （1）Twyamn-Green干涉仪 (3)Mach-Zehnder干涉仪 特点： 光路可以做的很长，用于航空工程，风洞测试 （4）Sagnac干涉仪 应用： 测量转速 激光陀螺仪 铂铱合金基准米原器 （巴黎国际计量局） 实物基准：1889年第一届国际计量大会，铂铱米尺，称为米原尺。 自然基准：1960年第十一届国际计量大会，“1米的长度等于氪86原子的2p10和5d5能级之间跃迁的辐射光，在真空中波长的1650763.73倍”。 自然基准：光速的定义，1983年第17届国际计量大会，“米是光在真空中(1/299792458)s时间间隔内所径路径的长度”。 长度的精密测量?长度单位和基准的重定义 特点： 单色光照明， 无需补偿板 （2）Fourier分光干涉仪 傅立叶变换光谱仪的优点： A、速度快，B、分辨本领高，C、信噪比高。 这些优点在红外区显得更为重要，因此它多用于红外区域。 * 3.10 Michelson干涉仪 James Clerk Maxwell (1831-1879) Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) Aristotle (384 BC – 322 BC) Michelson-Morley Experiment 1897 A．爱因斯坦（1931） 2.迈克尔逊干涉仪结构与原理 迈克耳孙干涉仪 （1）M1⊥M2 θ θ θ 迈克耳孙干涉仪 移动M1，等倾条纹如何变化？ （2）M1不严格⊥M2 迈克耳孙干涉仪 移动M1，等倾条纹如何变化？ 时间相干性！！ G1和G2是厚度和折射率都均匀相等的玻璃板，G1背后镀了一层半反半透的银膜。两束光一个在G1背面内部反射一次，另外一束光在G1背面的外部反射一次，因为有银膜，两束光的相位突变比较复杂，附加相位并非恰好为?。 G1 G2 M2 M’1 S M1 E 首先用单色光入射，调出等厚干涉条纹，然后换上白光光源，微调M2可观察到彩色条纹。当彩色条纹中心黑条纹位于视场中心时，仪器处于零光程点。 若在M2镜前加一厚度为h的玻璃板，向G1方向移动M2镜，直至再次出现白光条纹。测出M2镜移动的距离，可求出折射率。 正是零光程处的黑条纹，在两侧的彩色条纹中起到