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光的干涉实验专题 专业: 姓名: 学号: 摘要 该文主要介绍光的干涉产生的条件，牛顿环 劈尖 迈克逊干涉仪的使用以及牛顿环与劈尖实验 迈克尔逊干涉仪的调节和使用 激光全息照相三个实验的实验内容 实验原理和实验方法。通过对三个实验实验现象的观察，对三个实验进行比较 扩展。 关键词 牛顿环、劈尖、迈克逊干涉仪、激光全息、几何关系 背景 干涉是波的一种特殊的叠加效应。所谓干涉，是指两个或两个以上的波相遇时，在一定情况下会互相影响产生的现象。在光学的发展史上，1690年，惠更斯首先提出光是一种波动。1801年，英国物理学家托马斯·杨首次利用实验成功的观察到光的干涉现象，同时提出了干涉理论，完美地解释了光的干涉。 迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。利用它可以高度准确地测定微小长度、光波的波长、透明体的折射率等。后来人们利用该仪器的原理研制出了多种专用干涉仪，这些干涉仪在近现代物理和近代计量技术中被广泛应用。 全息照相技术是20世纪60年代初随着激光器的产生而发展起来的一门照相技术，在干涉计量、工件检测、无损探伤、信息存储、立体显示等科学领域获得了许多重要的应用。全息照相技术从原理到方法都是一种崭新的摄影技术，它不仅记录物体发出或反射的光波的振幅，而且将光波的相位也记录下来，即记录了物体光波的全部信息。观看全息照片和观看实物有同样的立体感和真实感。 论述 牛顿环与劈尖 牛顿环 图1 牛顿环仪结构 图2 牛顿环仪几何结构 对于牛顿环实验如上图，在平板玻璃上放一曲率半径较大的平凸透镜，这一装置称为牛顿环仪。透镜凸面和平玻璃互相接触，平玻璃板和平凸透镜之间就形成一个空气薄膜层。当单色光束从上面投射到牛顿环仪上时，由平凸透镜下表面反射的光和平玻璃板上表面反射的光发生干涉。在牛顿环仪中，空气膜等厚点的轨是以接触点为中心的同心圆，因此，干涉条纹也是以接触点为中心的明暗相间的同心圆环，这样一簇圆环形的干涉条纹叫做牛顿环。在钠光灯下观察牛顿环仪，调节牛顿环仪的3个螺丝，使干涉环纹的中心大致处在牛顿环仪的中央。将牛顿环仪置于载物台上，并使牛顿环仪处在读数显微镜镜筒的下方，调节调焦手轮，使镜筒缓慢向下移动，直至平板玻璃的下端靠近牛顿环仪上表面，但不与其接触。改变显微镜与光源的相对位置和平板玻璃的倾角，使显微镜的视场明亮，旋转目镜，直至能够清晰地看到分划板上的十字叉丝。松开目镜固定螺钉，转动整个目镜，使叉丝的竖线垂直于显微镜的主尺，然后固定好螺丝。旋转调焦手轮，显微镜镜筒缓慢上升，使显微镜对干涉环纹调焦，直至看到清晰地牛顿环纹。在图2中，R为透镜的曲率半径，形成的第m级干涉暗条纹的半径为rm，第m’级干涉暗条纹的半径为rm ’。 以上两式表明，当A已知时，只要测出第m级暗环(或亮环)的半径，即可算出透镜的曲率半径R；相反，当R已知时，即可算出 ．但是，由于两接触面之间难免附着尘埃以及在接触时难免发生弹性形变，因而接触处不可能是一个几何点，而是一个圆斑，所以近圆心处环纹粗且模糊，以致难以确切判定环纹的干涉级数，即于涉环纹的级数和序数不一定一致． 图3 劈尖仪 劈尖 对于劈尖如图3所示，将两块平板玻璃叠放在一起，一端用细丝(或薄片)将其隔开，则形成一劈尖形空气薄层．若用单色平行光垂直入射，在空气劈尖的上下表面反射的两束光将发生干涉，其光程差(为空气膜厚度)．因为空气劈尖厚度相等之处是一系列平行于两玻璃板接触处(即棱边)的平行直线，所以其干涉图样是与棱边平行的一组明暗相间的等间距的直条纹． （k=0，1，2，...）时，为干涉暗条纹．与k级暗条纹对应的薄膜厚度为由于k值一般较大，为了避免数错，在实验中可先测出某长度LX内的干涉暗条纹的间隔数x，则单位长度内的干涉条纹数为 ．若棱边与细丝的距离为L，则细丝处出现的暗条纹级数为k=nL：，可得细丝的直径为 迈克尔逊干涉仪 图4迈克尔逊干涉仪光路图 迈克尔逊干涉仪的光路图如图4所示，G1、G2是一对精密磨光的平面反射镜，G2一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和G1精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1’严格平行时，M2会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。两平面镜之间的“空气间