波动光学第3讲——迈克尔逊干涉仪、光源的相干性、光的衍射、单缝夫琅禾费衍射
32页1、波动光学第3讲迈克尔逊干涉仪、光源的 相干性、光的衍射、单缝夫琅禾费 衍射 主要内容迈克尔逊干涉仪单缝夫琅禾费衍射1迈克耳孙简介第第6 6节节 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪2美国物理学家。美国物理学家。1852 1852 年年1212月月1919日出生于普鲁士斯特雷诺(日出生于普鲁士斯特雷诺( 现属波兰),后随父母移居美国,毕业于美国海军学院,曾任现属波兰),后随父母移居美国,毕业于美国海军学院,曾任 芝加哥大学教授,美国科学促进协会主席芝加哥大学教授,美国科学促进协会主席, ,美国科学院院长;还美国科学院院长;还 被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员,被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员,19311931年年5 5月月9 9日在日在 帕萨迪纳逝世。帕萨迪纳逝世。迈克耳孙主要从事光学和光谱学方面的研究,他以毕生精力迈克耳孙主要从事光学和光谱学方面的研究,他以毕生精力 从事光速的精密测量,在他的有生之年,一直是光速测定的国际从事光速的精密测量,在他的有生之年,一直是光速测定的国际 中心人物。他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长中心人物。他发明了一种用以测定微小长度、折射率和
2、光波波长 的干涉仪(迈克耳孙干涉仪),在研究光谱线方面起着重要的作的干涉仪(迈克耳孙干涉仪),在研究光谱线方面起着重要的作 用。用。18871887年他与美国物理学家年他与美国物理学家E.W.E.W.莫雷合作,进行了著名的迈克莫雷合作,进行了著名的迈克 耳孙耳孙- -莫雷实验,这是一个最重大的否定性实验,它动摇了经典物莫雷实验,这是一个最重大的否定性实验,它动摇了经典物 理学的基础。理学的基础。他研制出高分辨率的光谱学仪器,经改进的衍射光他研制出高分辨率的光谱学仪器,经改进的衍射光 栅和测距仪。迈克耳孙首倡用光波波长作为长度基准,提出在天栅和测距仪。迈克耳孙首倡用光波波长作为长度基准,提出在天 文学中利用干涉效应的可能性,并且用自己设计的星体干涉仪测文学中利用干涉效应的可能性,并且用自己设计的星体干涉仪测 量了恒星参宿四的直径。量了恒星参宿四的直径。3由于创制了精密的由于创制了精密的 光学仪器和利用这些仪光学仪器和利用这些仪 器所完成的光谱学和基器所完成的光谱学和基 本度量学研究,迈克耳本度量学研究,迈克耳 孙于孙于19071907年获诺贝尔物年获诺贝尔物 理学奖金。理学奖金。4一、迈
3、克尔逊干涉仪结构图1 2SNPG1G2M1M2M212G2使光束1、2到达P之前都是三次通过玻璃板 , 无膜。S:点光源 N:毛玻璃片 G1:分光板,后表面 镀有半反射银膜 M1:固定的平面 反射镜 P: 观察点 M2:可左右移动的 平面反射镜 G2:补偿板 M2: M2在G1的银膜所成的虚象P处观察的如同M1和M2之间的空气膜产生的干涉图样。5或收缩到中心消失 ( 膜厚减小时 )。(a) M1和M2严格垂直时, 观察到等倾干涉条纹, M2移动时,圆环形的等倾干涉条纹不断地从中心 冒出 ( M1、M2 间距增大时 );当M2移动时,条纹相继在视场中移过。(b) M1和M2不严格垂直时,观察到等厚干涉条纹,上述两种情形,当 M2 平移 时,光程差改变经视场中的一点移过一条条纹 (a、外展或内敛; b、平移 ) 。 M2 的平移距离 与条纹移动数目 间的关系:6二、光源的相干性 1、光源的时间相干性能级跃迁辐射光源 同一原子先后发的光不同原子 发的光设光源中原子每次发光的持续 时间为 (相干时间),则每一列波 在真空中的长度(相干长度)为:来自同一光源经不同路径相遇的光 , 只有其光程 差
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