CN210443082U - 一种迈克尔逊干涉实验仪 - Google Patents

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张计才
杨莹
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Abstract

本实用新型公开了一种迈克尔逊干涉实验仪,沿激光源激光发射方向依次设有倾斜设置的半透半反分光镜I和与半透半反分光镜I相对的可移动全反射镜,半透半反分光镜I的上部设有与半透半反分光镜I相对的固定全反射镜,激光源与半透半反分光镜I之间设有与半透半反分光镜I平行相对的半透半反分光镜II,半透半反分光镜I和半透半反分光镜II下部设有与半透半反分光镜I和半透半反分光镜II相对的观察屏。本实用新型具有结构简单、设计合理、误差较小及演示更加直观形象等优点。

Description

一种迈克尔逊干涉实验仪
技术领域
本实用新型属于物理实验教学仪器技术领域,具体涉及一种迈克尔逊干涉实验仪。
背景技术
光的干涉是重要的光学现象之一,其是光的波动性的重要实验依据。两列频率相同、振动方向相同且相位差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱的现象,即光的干涉现象。光的波长虽然很短,但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得。根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长之间的关系式,可以推出微小长度变化、光波波长数量级和微小角度变化,因此光的干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛的应用。相干光源的获取除用激光外,在实验室中一般是将同一光源采用分波阵面或分振幅两种方法获得,并使其在空间经不同路径会合后产生干涉。迈克尔逊干涉仪是1881年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作,为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器,它利用分振幅法产生双光束以实现干涉。在近代物理和近代计量技术中,如在光谱线精细结构研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用,后来的多种专用迈克尔逊干涉仪都是在此基础上进行研制的。
目前各高校大学物理实验所普遍采用的迈克尔逊干涉仪的结构示意图如图1所示,在进行光的干涉实验时逆着观察屏的方向看向平面反射镜时会看到两排多个像点,且每排有两个像点的亮度接近,在调整反射镜使像点重合时将会产生很大的干扰;在进行条纹吞进和吐出计数以测量光波长的实验中,由于用肉眼直接进行计数的数目较多,眼睛容易疲劳,造成人为误差。为避免螺距误差,一般只能单向移动即每次只能测吞进或者吐出的条纹数。此外,由于半透半反分光镜和补偿板的难以调至完全平行,将产生不必要的误差;迈克尔逊实验仪器作为光学上较为重要的实验仪器之一,其在大学物理实验上却表现为实验内容单一的状况,更没有和新时期创新教育相结合,实验效果不太理想。
发明内容
本实用新型解决的技术问题是提供了一种结构简单、设计合理且误差较小的迈克尔逊干涉实验仪。
本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案,一种迈克尔逊干涉实验仪,其特征在于:沿激光源激光发射方向依次设有倾斜设置的半透半反分光镜I和与半透半反分光镜I相对的可移动全反射镜,半透半反分光镜I的上部设有与半透半反分光镜I相对的固定全反射镜,激光源与半透半反分光镜I之间设有与半透半反分光镜I平行相对的半透半反分光镜II,半透半反分光镜I和半透半反分光镜II下部设有与半透半反分光镜I和半透半反分光镜II相对的观察屏,用于同时演示相长干涉和相消干涉。
一种迈克尔逊干涉实验仪,其特征在于:沿激光源激光发射方向依次设有倾斜设置的半透半反分光镜I和与半透半反分光镜I相对的可移动全反射镜,半透半反分光镜I的上部设有与半透半反分光镜I相对的固定全反射镜,半透半反分光镜I的下部设有与半透半反分光镜I相对的观察屏,半透半反分光镜I与观察屏之间设有与半透半反分光镜I平行相对的半透半反分光镜III,半透半反分光镜III的一侧设有用于对干涉条纹进行观察和自动计数的自动计数装置。
优选的,所述半透半反分光镜I与可移动全反射镜之间设有可旋转精密刻度转盘,该可旋转精密刻度转盘上设有与半透半反分光镜I相对的用于盛放透明固体或液体的矩形比色皿,用于测量透明固体或液体的折射率。
优选的,所述可移动全反射镜采用单片机自动控制步进电机来记录可移动全反射镜的移动距离,用于有效减少人为读数误差。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本实用新型在光学平板上搭建光路,锻炼学生的动手能力,因所用激光光源相干长度较长,取消补偿板,在激光源与半透半反分光镜I之间安装一个半透半反分光镜II,观察屏可以同时显示两个干涉图像,所对应中心圆环一明一暗,可以用来同时演示相长干涉和相消干涉,对比之下,更加直观形象;
2、本实用新型在观察屏前放置半透半反分光镜III,在不影响正常干涉的情况下可使用电脑连接自动计数装置同时对干涉条纹进行观察和自动计数,在可移动全反射镜前放置可旋转精密刻度转盘,在可旋转精密刻度转盘上的矩形比色皿中放置透明固体或液体,以此仪器进行透明固体或液体折射率的测量;
3、本实用新型与单片机结合,采用单片机自动控制步进电机来记录可移动反射镜的移动距离,用于有效减少人为读数误差。
附图说明
图1是现有技术中迈克尔逊干涉仪的结构示意图;
图2是本实用新型中相长干涉和相消干涉演示装置结构示意图;
图3是本实用新型中新型迈克尔逊干涉实验仪的结构示意图。
图中:1-激光源,2-半透半反分光镜I,3-可移动全反射镜,4-固定全反射镜,5-半透半反分光镜II,6-观察屏,7-半透半反分光镜III,8-自动计数装置,9-电脑,10-可旋转精密刻度转盘,11-矩形比色皿,12-补偿板。
具体实施方式
结合附图详细描述本实用新型的具体内容。
实施例1
一种迈克尔逊干涉实验仪,沿激光源1激光发射方向依次设有倾斜设置的半透半反分光镜I 2和与半透半反分光镜I 2相对的可移动全反射镜3,半透半反分光镜I 2的上部设有与半透半反分光镜I 2相对的固定全反射镜4,激光源1与半透半反分光镜I 2之间设有与半透半反分光镜I 2平行相对的半透半反分光镜II 5,半透半反分光镜I 2和半透半反分光镜II 5的下部设有与半透半反分光镜I 2和半透半反分光镜II 5相对的观察屏6,用于同时演示相长干涉和相消干涉。
在半透半反分光镜I和激光源之间安装一个半透半反分光镜II,如图2所示。根据光的干涉原理
Figure BDA0002113882790000031
当紧邻激光源的分光镜产生的干涉条纹中心是亮斑时,另一个条纹的中心将显示暗斑,从而可以直观演示相消干涉和相长干涉,也易于老师解释光的传播问题;本实用新型在光学平板上搭建光路,锻炼学生的动手能力,因所用激光光源相干长度较长,取消补偿板12。
实施例2
一种迈克尔逊干涉实验仪,沿激光源1激光发射方向依次设有倾斜设置的半透半反分光镜I 2和与半透半反分光镜I 2相对的可移动全反射镜3,半透半反分光镜I 2的上部设有与半透半反分光镜I 2相对的固定全反射镜4,半透半反分光镜I 2的下部设有与半透半反分光镜I 2相对的观察屏6,半透半反分光镜I 2与观察屏6之间设有与半透半反分光镜I 2平行相对的半透半反分光镜III 7,半透半反分光镜III 7的一侧设有用于对干涉条纹进行观察和自动计数的自动计数装置8。如图3所示,在观察屏6前放置半透半反分光镜III7,在不影响正常干涉的情况下,可使用电脑9连接自动计数装置8同时对干涉条纹进行观察和自动计数。
本实用新型所述半透半反分光镜I 2与可移动全反射镜3之间设有可旋转精密刻度转盘10,该可旋转精密刻度转盘10上设有与半透半反分光镜I 2相对的用于盛放透明固体或液体的矩形比色皿11,用于测量透明固体或液体的折射率。在可移动全反射镜3和半透半反分光镜I 2之间放置可旋转精密刻度转盘10,该可旋转精密刻度转盘10上放置矩形比器皿11。折射率计算公式如下:
Figure BDA0002113882790000041
把待测液体或透明固体放入矩形比色皿中,缓缓转动可旋转精密刻度转盘至一定的角度,记下干涉条纹的变化数目N1。然后,把矩形比色皿清空,在相同旋动角度下测量干涉条纹变化数目N2,得到ΔN=N1-N2。L是矩形比色皿的内径,θ为转过角度,λ0代表激光波长,可计算其折射率。
本实用新型所述可移动全反射镜采用单片机自动控制步进电机来记录可移动全反射镜的移动距离,用于有效减少人为读数误差。通过连接单片机自动控制步进电机记录动镜移动距离,同时通过自动计数装置记录“吞进”或“吐出”的条纹个数。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理,主要特征和优点,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围。

Claims (4)

1.一种迈克尔逊干涉实验仪,其特征在于:沿激光源激光发射方向依次设有倾斜设置的半透半反分光镜I和与半透半反分光镜I相对的可移动全反射镜,半透半反分光镜I的上部设有与半透半反分光镜I相对的固定全反射镜,激光源与半透半反分光镜I之间设有与半透半反分光镜I平行相对的半透半反分光镜II,半透半反分光镜I和半透半反分光镜II下部设有与半透半反分光镜I和半透半反分光镜II相对的观察屏,用于同时演示相长干涉和相消干涉。
2.一种迈克尔逊干涉实验仪,其特征在于:沿激光源激光发射方向依次设有倾斜设置的半透半反分光镜I和与半透半反分光镜I相对的可移动全反射镜,半透半反分光镜I的上部设有与半透半反分光镜I相对的固定全反射镜,半透半反分光镜I的下部设有与半透半反分光镜I相对的观察屏,半透半反分光镜I与观察屏之间设有与半透半反分光镜I平行相对的半透半反分光镜III,半透半反分光镜III的一侧设有用于对干涉条纹进行观察和自动计数的自动计数装置。
3.根据权利要求2所述的迈克尔逊干涉实验仪,其特征在于:所述半透半反分光镜I与可移动全反射镜之间设有可旋转精密刻度转盘,该可旋转精密刻度转盘上设有与半透半反分光镜I相对的用于盛放透明固体或液体的矩形比色皿,用于测量透明固体或液体的折射率。
4.根据权利要求2所述的迈克尔逊干涉实验仪,其特征在于:所述可移动全反射镜采用单片机自动控制步进电机来记录可移动全反射镜的移动距离,用于有效减少人为读数误差。
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