迈克尔逊干涉仪中的非定域干涉.pdf

第24 卷第5 期（2008） 河西学院学报 Vol.24 No.5（2008） 迈克尔逊干涉仪中的非定域干涉 向 根 祥 韩 振 海 董 光 兴 贺 德 春 （河西学院物理系，甘肃 张掖734000 ） 摘 要：依据干涉的基本原理，对迈克尔逊干涉仪中点光源产生的非定域干涉条纹进行了理论分析，计算机 模拟和实验的验证． 关键词：干涉；迈克尔逊干涉仪；非定域干涉 中图分类号：0436 文献标识码：A 文章编号：1672 －0520 （2008）05 －0051 －03 １ 引言 迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊为了验证地球在以太中的运动而设计的精密测量仪器，在否定绝对参照系、建立狭义相对 论方面做出了重要的贡献．迈克尔逊干涉仪实验是大学物理中重要的基础实验之一，通常用于观察等倾干涉、等厚干涉以 及测定光波波长．在多数实验教材中，都主要介绍又扩展钠光源产生的等倾干涉、等厚干涉条纹，但在实际实验中，一般 都采用 He － Na 激光器产生的激光作光源，由于激光的方向性很好，发散角很小，经过扩束后进行干涉实验时，可看作 是点光源，在这种情形下产生的是非定域干涉，对这种情形下的干涉条纹进行理论分析，对于加深对点光源干涉条纹的理 解，正确地分析实验中的各种现象，指导实验的正确调节有重要的意义．本文依据干涉的基本原理，对迈克尔逊干涉仪中 的非定域干涉条纹的各种分布进行理论分析，计算机模拟并同实验结果比较获得了一致的结论． 2 迈克尔逊干涉仪中的非定域干涉 2.1 干涉条纹的定域性 对于薄膜干涉，在扩展光源照明的情形下，楔形薄膜上的等厚干涉条纹是在薄膜表面附近，而在平行平面膜上的等倾 干涉条纹是在无穷远处，或是在透镜的焦平面上，这种干涉条纹只存在于确定区域的情形称为条纹的定域性；在单色点光 源照明的情形下，干涉条纹在薄膜上下表面反射的光波能到达的区域均能产生，这样的干涉称为是非定域的． 2.2 迈克尔逊干涉仪产生非定域干涉的光路 在迈克尔逊干涉实验中，在采用 He-Na 激光器作光源时，由于激光的发散角很小，通常要用一个扩束镜扩束后照射 到分束板上，照射到分束板上的光可看作是来自于点光源．如图 1 所示，点光源 S 所发出的光线照射到分束板 P1，由 P1 经反射和透射分成两束，其中，由 P1 反射的光可以认为是由 S 相对于 P1 的镜像 S1 产生，这些光线经平面镜M1 反射后透过分束板 P1 ，照射 S22 到观察屏 P 上，可认为是由 S1 相对于 M1 的镜像 S11 发出，照射到观察 S11 屏上的；对于 S 点发出，透过分束板 P1，补偿板 P2 后经过平面镜 M2 反射回来照射到分束板上的光线，可看作是由 S 相对于 M2 的镜像发出 M1 的，这些光经过分束板P1 的反射，照射到观察屏上，可看作是由 S2 相 P1 P2 对于分束板的镜像 S22 点发出照射到观察屏上的．因而，对于观察屏上 S S2 P 来说，其上的干涉条纹可以看作是由位于 S11 和 S22 的两个点光源发 出的光相遇叠加产生的，对于观察屏 P 上的光强分布，可以用位于 S11 S1 M1 和 S22 两点的点光源产生的干涉光强分布来讨论． 2.3 迈克尔逊干涉仪中非定域干涉的光强分布分析 P 图 1 迈克尔逊干涉仪的光路 为了便于分析，建立如图 2 所示的坐标系，设两个点光源分别位于 图 1 迈克尔逊干涉仪的光路 ——————————————— 收稿日期：2008-03-21 作者简介：向根祥(1972 —)