迈克尔逊干涉仪

3.4 典型干涉仪及其应用 (typical interferometers and their applications)
3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) 3.4.2 —泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer ) 3.4.3 —珀罗干涉仪 (Fabry Perot interferometer ) 3.4.4 干涉滤光片 (Interference filter )
M1 M 2
迈克尔逊干涉仪
M1 M 2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 干涉条纹弯曲的原因如下：如前所述，干涉条纹 应当是等光程差线。
迈克尔逊干涉仪
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 当入射光不是平行光时，对于倾角较大的光束，若 要与倾角较小的入射光束等光程差，其平板厚度应 增大。
= 2nhcos2+/2
迈克尔逊干涉仪
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 白光条纹只有在楔形虚平板极薄(M1与 M2 的距离仅 为几个波长)时才能观察到，这时的条纹是带彩色的. 如果 M1和 M2 相交错，交线上的条纹对应于虚平板 的厚度 h=0。
M1 M 2
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 当 G1不镀半反射膜时，因在 G1中产生内反射的光线
迈克尔逊干涉仪
3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) 迈克尔逊干涉仪是1881年迈克尔逊设计制作的，它闻 名于世是因为迈克尔逊曾用它作过三个重要的实验：
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3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) ①迈克尔逊—莫雷以太漂移实验； ②第一次系统地研究了光谱线的精细结构； ③首次将光谱线的波长与标准米进行了比较，建立 了以光波长为基准的标准长度。
2 cos2 h 2 cos2 h
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 靠近楔板边缘的点对应的入射角较大，因此，干涉 条纹越靠近边缘，越偏离到厚度更大的地方，即弯 曲方向是凸向楔棱一边。
干涉条纹
M2
M1
等厚线
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
在楔板很薄的情况下，光束入射角引起的光程差变 化不明显，干涉条纹仍可视作一些直线条纹。
Ⅰ和产生外反射的光线Ⅱ之间有一附加光程差 / 2，
所以白色条纹是黑色的； 镀上半反射膜后，附加程差与所镀金属及厚度有关， 但通常均接近于零，所以白光条纹一般是白色的。 交线条纹的两侧是彩色条纹。
h
（ 25）
eNrN ＋ 1rN2n f0 h （ N n 1） (26)
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 当 M1与 M2完全重合时，因为对于各个方向入射光 的光程差均相等，所以视场是均匀的。
M 1 与 M 2 重合
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 如果继续移动 M1，使 M1 逐渐离开M2 ，则条纹不断 从中心冒出，并且随虚平板厚度的增大，条纹越来 越细且变密。
迈克尔逊干涉仪
3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) 迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊和莫雷设计出来的一种利 用分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器。其 调整和使用具有典型性。
迈克尔逊（1852~1931），美国物理 学家 ，主要贡献在于光谱学和度量 学，获1907年诺贝尔物理学奖。
所观察到的干涉
图样近似是定域
在楔表面上或楔
表面附近的一组
平行于楔边的等
厚条纹。
M1 M 2 D
Ⅰ1
A E
S
C
G1
G2
L
P
迈克尔逊干涉仪
Ⅱ
M2
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M1 M 2
M1 M 2
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迈克尔逊干涉仪
M1 M 2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
在扩展光源照明下，如果 M1与 M2 的距离增加，则 条纹将偏离等厚线，发生弯曲，弯曲的方向是凸向楔 棱一边，同时条纹可见度下降。
对于楔形板的条纹, 与平行平板条纹一 样，M2 每移动一个
/2距离，条纹就相
应地移动一个。
M1 M 2
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
在干涉仪中，补偿板 G2 的作用是消除分光板分 出的两束光Ⅰ和Ⅱ的不 对称性。不加 G2时，光 束Ⅰ经过G1三次，而光 束Ⅱ经过一次。由于G1 S 有一定厚度，导致Ⅰ与 Ⅱ有一附加光程差。加 入G2后，光束Ⅱ也三次 经过同样的玻璃板，因 而得到了补偿。
迈克尔逊干涉仪
M1 M 2
D
Ⅰ1
A E
C G1
G2
L
P
Ⅱ
M2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
不过，对于单色光照明，这种补偿并非必要，因为 光束Ⅰ 经过 G1 所增加的光程，完全可以用光束Ⅱ 在空气中的行程补偿。
但对于白光光源，因为玻璃有色散，不同波长的光 有不同的折射率，通过玻璃板时所增加的光程不同， 无法用空气中的行程补偿，因而观察白光条纹时， 补偿板不可缺少。
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M1 M 2
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迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
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等
倾
干
涉
条
纹
M1
M1
M 2
M 2
M 1 与 M 2 重合
M1
M1
迈克尔逊干涉仪
M 2
M
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
如果调节 M2， 使 M2 与 M1 相 互倾斜一个很小
的角度，且当M2 与M1比较接近， 观察面积很小时，
一消失。
Bfaf032.gif
M1
M1
M 2
M 2
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
M1每移动一个/2的距离，在中心就消失一个条纹。
于是，可以根据条纹消失的数目，确定M1移动的距离。 根据(26)式，此时条纹变粗(因为 h 变小，eN变大)， 同一视场中的条纹数变少。
rNf
1 n0
n N1
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
Gl 和 G2是两块折 射率和厚度都相
同的平行平面玻
璃板，分别称为
分光板和补偿板， G1背面有镀银或 S 镀铝的半反射面 A,G1和G2互相干 行。
M1 M 2
D
Ⅰ1
A E
C G1
G2
L
Ⅱ
M2
P
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
如果调节M2，使得 M2 与 M1 平行，所观察到的干涉 图样就是一组等倾干涉圆环。当 M1 向 M2 移动时(虚 平板厚度减小)，圆环条纹向中心收缩，并在中心一