CN105355124B - 迈克尔逊干涉实验集成光源装置 - Google Patents

Abstract

迈克尔逊实验光源集成装置是一个将点光源和扩展光源集成在一起的装置。通过该光源装置，不仅可以快速的校正好迈克尔逊干涉仪，而且通过简单切换该装置集成板上的导轨，就能调试出非定域干涉和定域干涉现象，以及观察到各种干涉图样。这便于学生更好地理解和掌握迈克尔逊干涉仪产生的各种干涉现象的原理及相应干涉图样的各种变化。此外，该实验装置造价低，结构简洁，使用方便，光路直观，还具有可拓展性，完全可以根据实验的要求在该光源装置中插入其他光学器件。因此，该装置具有较好的实用性，可以在大学物理实验中进行推广。

Description

迈克尔逊干涉实验集成光源装置

技术领域

本发明涉及实验技术领域，具体涉及迈克尔逊干涉实验光源装置的集成设计。

背景技术

迈克尔逊干涉仪利用分振幅法产生双光束以实现干涉。使用点光源作为迈克尔逊干涉仪光源，通过调整干涉仪，可以产生非定域干涉情况下的等厚干涉和等倾干涉现象。而使用扩展光源作为迈克尔逊干涉仪光源，则产生定域干涉现象。在近代物理中，以迈克尔逊干涉仪为基础发展出很多专用于干涉的仪器，如泰曼干涉仪、傅里叶干涉分光计，法布里-帕罗干涉仪等。因此，迈克尔逊干涉仪产生的各种干涉现象的验证性实验是目前大学物理实验中较为重要的实验。通过实验，可以加深学生对理论知识的理解，提高学生的实践能力。但迈克尔逊干涉仪作为一种精密的光学仪器，其实验的要求较为严格。对于学生而言，在有限的实验学时内完成对迈克尔逊干涉仪的调节及调试出各种干涉现象有一定的难度,这极大地降低了该实验的教学效果。

目前在大学物理实验室中，一般用氦氖激光或低压钠灯作为迈克尔逊干涉仪的光源。当用激光作为迈克尔逊干涉仪光源的时候，可以近似认为激光是点光源，由于激光的亮度高，方向性好，学生较容易调好两路光在空间上的重合，配上扩束器和毛玻璃，就可以分别调试出非定域干涉情况下的等厚干涉图样和等倾干涉图样。如果要观察定域干涉，则要使用扩展光源（比如低压钠灯）作为迈克尔逊干涉仪的光源，但由于扩展光源方向性不好，一般先用氦氖激光将迈克尔逊干涉仪校准，然后撤去氦氖激光，换上扩展光源，再来调试定域干涉现象。如果调试不成功，还要再次使用氦氖激光校准迈克尔逊干涉仪。因此，在迈克尔逊干涉实验中，学生很难在有限的学时内调试出非定域干涉现象和定域干涉现象，这极大地降低了迈克尔逊干涉实验的教学意义。

发明内容

本项目旨在设计一下将激光光源（点光源）和低压钠灯光源（扩展光源）集成在一起的迈克尔逊干涉仪光源装置，具体的装置示意图如图1：

根据装置示意图，相应的光学元件安装和光源装置的使用方法描述如下：

（1）安装好各光学元件

将小孔光阑1、钠灯光源、扩束器、小孔光阑2和He-Ne激光光源按从左到右的顺序用相应的光学调整架安装在带有M6螺丝孔的金属板上，安装过程中，沿着同一排螺丝孔（如图AB直线）安装，且与迈克尔逊干涉仪分光镜的中心保持相同的高度。另外，钠灯光源和扩束器安装在可沿如图方向平移的导轨上，导轨的终点固定在AB直线所在的螺丝孔上，小孔光阑为孔径可调且最大孔径为Φ30的光阑。

（2）调试迈克尔逊干涉仪的光源装置

第一步骤：安装固定好He-Ne激光光源。

调节光学调整架保证He-Ne激光光源发出的光沿着AB方向（如图1所示）传播，经过扩束器后的激光也同样沿着AB方向传播，且光的高度保证入射光能入射到迈克尔逊干涉仪的分光镜中心。然后将两个小孔光阑分别固定在金属板AB线的两端，使He-Ne激光从两个小孔光阑的正中心通过。这样，这两个小孔光阑确定了沿金属板AB线传播且光高能达到迈克尔逊干涉仪分光镜中心的光路，在调节光路的过程中，要保证光线沿着该光路传播，只需要保证He-Ne激光从两个小孔光阑中通过即可。

第二步骤：观察非定域干涉情况下的等厚干涉和等倾干涉现象。

将已安装好光源装置的金属板放置到迈克尔逊干涉仪的光源位置，且金属板以其AB方向（如图1所示）与迈克尔逊干涉仪的分光镜中心法线夹角成45°的方位放置，将钠灯光源和扩束器沿着导轨方向滑离AB直线（如图1所示）。打开He-Ne激光光源，保证沿着金属板AB线传播的He-Ne激光照射到迈克尔逊干涉仪的分光镜中心，调试好以He-Ne激光作为光源的迈克尔逊干涉实验。并分别观察加上了毛玻璃和扩束器后的干涉情况。需要加扩束器的时候，可以将扩束器通过平移滑轨移动到AB直线上。

在迈克尔逊干涉仪的底板上作上金属板AB线在该底板上的延长线的标记，当实验中出现了人为的错误，使得沿着金属板AB线传播的He-Ne激光偏离迈克尔逊分光镜中心或者没有沿着与迈克尔逊干涉仪的分光镜中心法线夹角成45°的方向传播，可以简单地将金属板AB线与迈克尔逊底板上的标记对齐，就能使沿着金属板AB线传播的He-Ne激光沿着与迈克尔逊干涉仪的分光镜中心法线夹角成45°的方向传播。

第三步骤：观察定域干涉现象。

用He-Ne激光光源将迈克尔逊的两束光路零光程调试出来，然后调节迈克尔逊的两块平面反射镜，使两束光路稍调离零光程，关闭He-Ne激光光源，两个小孔光阑开到最大，将Na灯通过平移滑轨移动到AB直线上，打开Na灯，调试迈克尔逊干涉仪产生定域干涉现象。

由于Na 灯的亮度不够，且光线不集中。因此，为了更好地调节用Na灯作为迈克尔逊光源时产生的定域干涉，在实际应用中，可能要对普通的Na灯光源作一些改进，比如加个聚光灯罩，在灯罩出光口上加个十字架作为参考。

最后，根据调试结果，改进和完善该光源装置。

附图说明

附图1是迈克尔逊干涉仪光源装置示意图。

Claims (2)

1.迈克尔逊干涉实验光源集成装置，其特征在于它的构成部件为：一块带有M6螺丝孔的铝合金薄板，He-Ne激光管和配套电源，低压Na灯和配套电源，扩束器和毛玻璃，两个孔径可调的光阑，小导轨和光具座等，其中低压钠灯设置有聚光灯罩，并且在灯罩的出光口上设置有参考用十字架；它的工作原理是利用He-Ne激光的方向性和高亮度来校正调试好迈克尔逊干涉仪，并利用两个孔径可调的光阑固定好以45°入射角入射到迈克尔逊分光镜上的光束方向，配以扩束器和毛玻璃就可以观察到非定域干涉情况下的等厚干涉和等倾干涉现象；然后让低压钠灯光源沿着小导轨平移到两个光阑固定的光束方向上，通过微调就可以观察到使用扩展光源时迈克尔逊干涉仪产生的定域干涉现象。

2.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉实验光源集成装置，其特征在于利用He-Ne激光光源，即将它作为迈克尔逊干涉仪的校正光源，又将它作为产生非定域干涉的光源。