迈克耳孙干涉仪

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五、迈克耳孙干涉仪


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* U$ K3 x1 [; g# |    干涉仪是根据光的干涉原理制成的精密仪器，在科学技术中有着广泛的应用（如下图所示）。
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0 a2 x, q, o7 F7 o' N    迈克耳孙干涉仪是用分振幅的方法产生双光束干涉的仪器。在物理学发展史上，用迈克耳孙干涉仪完成的著名的迈克耳孙－莫雷实验，否定了绝对参照系以太的存在，使经典物理学的绝对时空观受到了严重的挑战，为狭义相对论的建立提供了实验基础。



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) o8 x/ w2 w1 e' d6 `: X在迈克耳孙干涉仪中，有两片精密磨光的平面反射镜M1和M2 。M1固定，M2可前后移动，G1，G2是两块相同的平行玻璃板，G1的一个表面涂有半透明的薄层银，为半透明，G2为位相补偿器，G1，G2与M1，M2成45° 放置，M1'为M1径薄层银面成的像，若M1，M2严格垂直，则M1'、M2严格平行。
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从光源S发出的光，一路透过G1和G2，经M1反射后再透过G2，经G1的薄层银面反射形成光束1；另一路经G1的薄层银面反射，再经M2反射后透过G1，形成光束2。两束光1、2是相干的，在E处可观察到干涉条纹
( F: o  q- c9 X( h7 I9 D5 L1 ^0 ?" S动画17.5.1 迈克耳孙干涉仪光路
; S: n" D' ?3 M. ^1 C- h当M1，M2严格垂直时，M1'、M2严格平行，相当于在M1'和M2'之间形成厚度均匀的空气膜，因此可观察到等倾干涉。
0 J0 D$ B* M/ ^+ ?动画17.5.2 迈克耳孙等倾干涉
; G* v* l% f& `, N! P$ k当M1，M2不严格垂直时，M1'、M2不严格平行，相当于在M1'和M2之间形成厚度不均匀的劈形空气膜，因此可观察到等厚干涉。
/ V; }# L7 d; L1 [动画17.5.3 迈克耳孙等厚干涉

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迈克耳孙干涉条纹
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- n+ b0 H- }7 i2 d/ z! [    下面仅考虑迈克耳孙等倾干涉产生的干涉条纹。M1'和M2形成一等厚的空气层，来自M2与M1'的光线2和1与在空气层两表面上反射的光线相类似。在E处观察镜的视场中，可看到同心圆环等倾干涉条纹。
8 B! u1 y. `: Z# c! {5 n    移动反射镜M2，就能看到干涉条纹不断地从圆环中心生长出来或湮没，请观察下面的动画演示。在下面的动画中，右下方的条纹是用摄像头对着目镜E拍摄到的He－Ne激光等倾干涉条纹。当M2平移
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' v* d1 n( z4 ~7 O/ l距离时，光线1、2之间的光程差就增加或减小
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，在观察镜中看到一个条纹移过视场。数出视场中明条纹移动的数目N，就可出计算出M2所移动的距离
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" }$ }3 h% H* q. t动画17.5.4 迈克耳孙干涉条纹的移动


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迈克耳孙干涉仪的应用  

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    当光程差为光波长的十分之一时，通过肉眼在观察镜中就能观察到干涉条纹的移动，因此迈克耳孙干涉仪是一种十分精密的测量仪器。
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% v- _' [2 I- w# p    在迈克耳孙干涉仪的两臂中容易插放待测样品，根据插放待测样品前后条纹的变化，就可高精度地测量有关参数。
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    在光谱学中，应用精确度极高的近代干涉仪可以精确地测定光谱线的波长极其精细结构；在天文学中，利用特种天体干涉仪还可测定远距离星体的直径以及检查透镜和棱镜的光学质量等等。

3 ?0 G" j! A8 \* d$ _, x# {6 Z9 e迈克尔逊用他的干涉仪测量过保存在巴黎的标准米棒的长度，他测得

1米=1553163.5倍镉红光的波长

2 ~! |) {% g* g4 a8 w9 F3 {2 b1 U因而在1907年获得了诺贝尔物理学奖金。

    后来发现(氪)的橙色谱线较镉的红色谱线更为精细。1960年10月在巴黎召开的第11届国际计量：1米=1,650,763.73倍橙光波长。

/ I+ w6 Q  A; d% o! h8 B    现在随着光速测量精度的提高，国际上规定将光在真空中飞行秒的长度定义为 1标准米。