迈克尔逊干涉

迈克尔逊干涉仪是一种分振幅的双光束干涉测量仪器，是美国科学家迈克尔逊于1881年设计的一种精密干涉测量仪器，可用于测量光波波长、折射率、物体的厚度及微小长度变化等。本图不仅概述了实验原理，也对引力波探测、马赫曾德干涉做出了延伸应用思考。

迈克尔逊干涉

• 实验背景
  • 1||| 迈克尔逊干涉仪是一种分振幅的双光束干涉测量仪器，是美国科学家迈克尔逊于1881年设计的一种精密干涉测量仪器，可用于测量光波波长、折射率、物体的厚度及微小长度变化等。
  • 2||| 迈克尔逊干涉仪在历史发展史上起了很大的作用，迈克尔逊及其合作者曾用此仪器做了“以太漂移”实验、用光波波长标定米尺长度、推断光谱精细结构三项著名实验，第一项实验解决了当时关于“以太”的争论，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础，第二项实现了长度单位的标准化，第三项工作研究了光源干涉条纹可见度随光程差变化的规律，并以此推断光谱。 迈克尔逊和莫雷因在这方面的杰出成就获得了1907年诺贝尔物理学奖。
  • 3||| 迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性，根据迈克尔逊干涉仪基本原理发展的精密干涉测量仪器已经广泛应用于生产和科研领域。
• 实验目的
  • 掌握迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法
  • 观察非定域干涉条纹，测量氦氖激光的波长
  • 加强对条纹可见度和时间相干性的认识
• 实验原理
  • 结构
  • 等倾干涉
    • 两平面镜垂直
      • • 中央圆条纹
  • 等厚干涉
    • 两平面镜不垂直
• 实验内容
  • 1. 观察干涉条纹
    • 使用He-Ne激光，调整光路，使M1和M2垂直，形成等倾干涉
      • 利用光阑，调节M2后面的三个螺钉
      • 利用透镜，调节M2后面的三个螺钉
  • 2. 测量He-Ne激光的波长
    • 记录初始M1的位置
      • • 30.19899mm
    • 调节微动手轮，环形条纹吞吐30条，记录位置
    • 重复上面的操作，共记录6个位置
  • 3. 测量钠光的中心波长和波长差
    • 激光器换成钠灯，去掉透镜，直接用人眼观察，记录6个30个吞吐间隔的位置
    • 调节粗调鼓轮，记录画面模糊（双谱线叠加）的位置，共记录4个位置
      • • 此处模糊要注意辨别：是否周期性？是否是同一个模糊？
• 数据处理
  • 1. 利用逐差法计算出He-Ne激光波长
  • 2. 计算钠光的中心波长
    • 同He-Ne激光
  • 3. 计算出钠光双谱线的波长差
    • 计算相干长度
• 误差分析
  • 计算He-Ne激光波长测量值与标准值间的相对误差
  • 分析波长差与标准值之间差异的原因
• 问题思考
  • 1. Ligo测引力波的原理？
    • • LIGO干涉仪由两条分别长达四公里并且互相垂直的干涉臂构成。沿着每条臂传播的激光束在末端反光镜(悬挂的测试质量)处被反射。当引力波经过时，时空的伸缩导致一条臂长变长的同时另一条臂长变短。当两条臂的长度变得不同时，激光束在两臂传播时间不再相同，也就是说两束激光束的相位不再同步，于是所谓的干涉条纹产生了。
  • 2. 马赫曾德干涉是等倾干涉还是等厚干涉？