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1、11-1 相干光相干光11-2 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 劳埃德镜劳埃德镜11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉11-4 劈尖劈尖 牛顿环牛顿环11-5 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪第十一章第十一章 光学光学-光的干涉光的干涉迈迈克克耳耳孙孙迈克耳孙迈克耳孙 (Albert Abraban Michelson,18521931)美国物理学家美国物理学家1852 年年12月月19日出日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰），后生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰），后随父母移居美国，随父母移居美国，1877年毕业于美国海年毕业于美国海军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会
2、主席学促进协会主席,美国科学院院长；还被美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，员，1931年年5月月9日在帕萨迪纳逝世日在帕萨迪纳逝世 迈克耳孙主要从事光学和光谱学方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，一直是光速密测量，在他的有生之年，一直是光速测定的国际中心人物测定的国际中心人物 18811881年，他发明了一种用以测定微年，他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪小长度、折射率和光波波长的干涉仪（迈克耳孙干涉仪），在研究光谱线方（迈克耳孙
3、干涉仪），在研究光谱线方面起着重要的作用面起着重要的作用 1887年他与美国物理学家年他与美国物理学家E.W.莫雷合莫雷合作，进行了著名的迈克耳孙作，进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验，莫雷实验，这这是一个最重大的否定性实验，它动摇是一个最重大的否定性实验，它动摇了经典物理学的基础了经典物理学的基础迈克耳孙首倡用光波波长作为长度基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 由于创制了精密的光学仪器和利用由于创制了精密的光学仪器和利用这
4、些仪器所完成的光谱学和基本度量学这些仪器所完成的光谱学和基本度量学研究，迈克耳孙于研究，迈克耳孙于1907年获诺贝尔物理年获诺贝尔物理学奖学奖单单色色光光源源反反射射镜镜反射镜反射镜一一 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪光路及结构光路及结构与与 成成 角角补偿板补偿板 分光板分光板 移动导轨移动导轨反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源光程差光程差 的像的像当当不垂直于不垂直于时，可形成劈尖时，可形成劈尖型等厚干涉条纹型等厚干涉条纹.反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源二二 迈克耳孙干涉仪的主要特性迈克耳孙干涉仪的主要特性 (1)两相干光束完全分开；两相干光束完全分开；(2)两光束的光程差可
5、调两光束的光程差可调.三三 迈克尔孙干涉仪的应用迈克尔孙干涉仪的应用.可用移动反射镜可用移动反射镜1 1的方法，测长度或波长的方法，测长度或波长dk 更高级次的环从中心更高级次的环从中心“涌出涌出”，所有的环都往，所有的环都往外外扩。扩。dk原最高级次的环向中心原最高级次的环向中心“缩进缩进”，所有的环都往，所有的环都往里里缩。缩。明纹明纹暗纹暗纹 干涉条纹的移动干涉条纹的移动 当当 与与 之间距离之间距离变变大大时时，圆形干涉条纹从中，圆形干涉条纹从中心一个个心一个个涌出涌出,并向并向外外扩张扩张,干涉条纹变干涉条纹变密密;距离变距离变小小时，圆形干涉时，圆形干涉条纹一个个向中心条纹一个个向
6、中心缩进缩进,干干涉条纹变涉条纹变稀稀.三三 迈克尔孙干涉仪的应用迈克尔孙干涉仪的应用.可用移动反射镜可用移动反射镜1 1的方法，测长度或波长的方法，测长度或波长dk 更高级次的环从中心更高级次的环从中心“涌出涌出”，所有的环都往，所有的环都往外外扩。扩。dk原最高级次的环向中心原最高级次的环向中心“缩进缩进”，所有的环都往，所有的环都往里里缩。缩。明纹明纹暗纹暗纹干涉干涉条纹条纹移动移动数目数目移移动动距距离离移动反射镜移动反射镜三三 迈克尔孙干涉仪的应用迈克尔孙干涉仪的应用.可用移动反射镜可用移动反射镜1 1的方法，测长度或波长的方法，测长度或波长 在光在光谱学中，学中，应用精确度极高的近
7、代干涉用精确度极高的近代干涉仪可以精可以精确地确地测定光定光谱线的波的波长极其精极其精细结构；构；在天文学中，利用特种天体干涉在天文学中，利用特种天体干涉仪还可可测定定远距离距离星体的直径等。星体的直径等。1960 1960年国年国际计量会量会议上上,规定用定用氪-86-86在液氮温度下在液氮温度下的的2p2p1010-5d-5d5 5的橙色光的橙色光在真空中的波在真空中的波长 的的1,650,763.73 1,650,763.73 倍做倍做为长度的度的标准准单位。位。使精度提高了两个数量级使精度提高了两个数量级,由由1010-7-7-1010-9-9米。米。插入介质片后光程差插入介质片后光程
8、差光程差变化光程差变化干涉条纹移动数目干涉条纹移动数目介质片厚度介质片厚度光程差光程差 2.可用可用在光路中加入介质片的方法在光路中加入介质片的方法，测，测介质片的折射率介质片的折射率或或厚度厚度 长的玻璃管，其中一个抽成真空，长的玻璃管，其中一个抽成真空，另另一个则储有压强为一个则储有压强为 的空气的空气,用以测用以测量空气的折射率量空气的折射率 .设所用光波波长为设所用光波波长为546nm，实，实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气 ，直至压强，直至压强达到达到 为止为止.在此过程中在此过程中，观察到，观察到107.2条干涉条纹的移动，试求空气的折射率条干涉条纹
9、的移动，试求空气的折射率 .例例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入解解“以太以太”参考系参考系是绝对静止系是绝对静止系迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验GM1M2T设设“以太以太”参考系为参考系为 系系实验室为实验室为 系系:系相对于系相对于 系的速度系的速度GM1M2T（从（从 系看）系看）M1 GG M2G M1G M1 GGM1M2T（从（从 系看）系看）M2 GG M2 GG M2G M2G M1 G仪器可测量精度仪器可测量精度 实验结果实验结果 未未观察到地球相对于观察到地球相对于“以太以太”的运动的运动.结论结论：作为绝对参考系的：作为绝对参考系的以太不存在以太不存在.以后又有许多人在不同季节、时刻、以后又有许多人在不同季节、时刻、方向上反复重做迈克耳孙方向上反复重做迈克耳孙-莫雷实验近莫雷实验近年来年来,利用激光使这个实验的精度大为提利用激光使这个实验的精度大为提高高,但结果却没有任何变化但结果却没有任何变化 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷莫雷实验测到以太漂移速实验测到以太漂移速度为零度为零,对以太理论对以太理论是一个沉重的打击是一个沉重的打击,被人们称为是笼罩在被人们称为是笼罩在1919世纪物理学上空的世纪物理学上空的一朵乌云一朵乌云.作业作业P169:11-20 11-22 11-23