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玩过迈克尔逊干涉仪的朋友请指点
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2003/05/16 14:43
点击:376次

我自己攒了一个迈克尔逊干涉仪, (激光笔、分光镜、两面2mm的一般小镜子,用木头作成可调支架,成本200多元,现在的正规产品售价最少是4800元),
效果还不错,只是位移精度低一点,
稍微移动一点,干涉环就西里哗啦的吞吐起来,
用来测量波长是有些难,不过作为定性的观察还可以,
特别是对于外界的机械振动、热、电、磁扰动实验很有用,
也是寻找“人工以太风”的重要工具,

不过一开始就遇到一个问题:
干涉环出现的位置不止一个,而且很有规律的重复出现, 不知道是怎么回事,是我自制的仪器有问题? 书上讲的一般情况是:
在两束光斑完全重合时,中心环直径最大,清晰度和对比度最高,
移动反射镜,中心环直径不变,
反射镜每移动半波长ΔL=λ/2(光程差d变化一个波长:d=2ΔL=λ),
干涉环吞吐移动一次,以后外环逐渐变得越来越密集,
最后整个干涉环消失,这与书上介绍的情况是一致的,

但是继续移动反射镜,干涉环又会出现,这次中心环直径变小了一点,
而且每隔1.3mm左右,很有规律的出现一次干涉光环,
中心环直径一次比一次小,清晰度和对比度一次比一次低,
我能看到的有向后移动10次,向前移动10次,
即在反射镜移动量ΔL=1.3mm*20=26mm范围内,
每移动1.3mm,干涉光环就重复出现一次,

开始总也想不通这个1.3mm是怎么回事,
后来想起激光笔的波长λ是630-680nm,中间值是650nm=0.65微米,
2λ=1.3微米,
2000λ=1.3毫米,
由于光线是往返的,所以移动量ΔL=1.3mm的话,
光程差d=2.6mm =4000λ,

我不明白为什么会有这种规律呢?
这好象与谐波有关吗?可是这里只是光程差的变化呀,
频率没有变化,好象不是谐波的问题吧?
我翻了半天书,也找不到答案,

总之,实际观察到的是:
随着反射镜的移动,外环逐渐变密,最后消失,
如果有高倍显微镜的话,或许可以看到更密集的干涉环,
所以估计当反射镜相对移动量ΔL=0.65mm时,干涉环达到最密集,
ΔL再增加,干涉环就又开始逐步变疏,
最后在ΔL=1.3mm处再次清晰出现,如此循环,

这样看来,或许用波长为530nm的绿色激光,
这个“程差周期长度”D=4000λ=2.12mm, 反射镜“位移周期长度”为L=2000λ=1.06mm?
可惜没有绿色的激光笔,有条件的网友能帮验证一下吗?

或许哪本书里介绍过这个问题?还请各位指点一下,

本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-31224.html[复制地址]
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 [2楼]  作者:liangjz  发表时间: 2003/05/16 15:55 

老杨是实干家。

是否可以用时间相干来解释。因为从光源发射的光子并非是无限长的连续的光子流,而是一段一段地被发射出来,每段发射的时间很短。光子离开光源时的状态都是相同的,但由于光子发射时间的先后不同而形成一段波列。同一波列的两束分光波才是相干波。如果同一波列的两分光束因光程差大而不能相遇,那么干涉不会出现。

另外,你的实验没有用短焦距透镜,干涉条纹是如何出来的?

 [3楼]  作者:silin007  发表时间: 2003/05/16 16:35 

老梁是空谈家。
表情 《一个值得探索的思路》——梁建中(转贴)[图片] > [逆子] 17K 05.05 22:48> 39
表情 光子的能量和质量是相互转化的?! > [宇观系统论] 304 05.06 11:23> 15
表情 完全同意您的结论!但不同意您的建议 > [silin007] 512 05.06 11:44> 8
表情 套用机械波来研究光波,你永远没有出路! > [liangjz] 80 05.06 12:33> 10
表情 光波与声波之间的根本区别仅仅是: > [silin007] 82 05.06 21:18> 13
表情 因为本文的出发点不对;所以其思路不值得探索! > [silin007] 480 05.05 23:41> 14
表情 逆子,多谢了! > [liangjz] 142 05.06 09:24> 11
表情 梁建中先生您好:我上帖中说的在具体不过了! > [silin007] 427 05.06 11:26> 14
表情 光的波粒二象性本身应该是不矛盾的。 > [liangjz] 192 05.06 12:27> 14
表情 光即是运动也是物体的二象性还不矛盾? > [silin007] 0 05.06 21:02> 3
表情 silin说话要有逻辑,考虑好了再回帖 > [liangjz] 0 05.07 08:38> 2
表情 光波不是一种运动形式吗 > [silin007] 0 05.07 23:09> 0
表情 粒子不是一种微小物体吗 > [silin007] 214 05.07 22:31> 2
表情 是的话波粒二象不矛盾吗 > [silin007] 13 05.07 22:23> 4


※※※※※※
建议您即不要轻信我所提的、也不要坚信您所学的、更不要迷信书所写的; 只相信您能亲眼所见的实事、与能亲手能做的实验、及能亲自求证的实在!
[楼主]  [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/05/16 16:56 

先帮老杨验证一下吧?

至于原因我还来不及细想,
关键是别人是否也观察到了相同的现象?
万一是我自制的干涉仪有问题呢?

记得你说过在做干涉仪方面的实验,
是否再确认一下确实存在这种现象?
有条件的话,最好是用绿色激光器试试?

在此基础上才好认真思考吧?可惜的是一时找不到相关的书,
只有靠各位先帮验证一下了,
以后要想的话,我当然还是要从光的纵横性上考虑了,
多思路、多角度嘛,

-----------------------------------------------------------
在激光器前面当然是要加放大镜的了,在屏幕前面加也可以,
我是用的一个高倍放大镜,一般的放大镜要用两个才好,

我现在用的是激光笔,波长是630-680nm,取中值是650nm,
所以我测得的大约是:
D=2L=4000λ=2.6mm,
L=2000λ=1.3mm,

所用零件:
激光笔:650-680nm,功率<1mw,
分光镜:Φ36,5:5(半透半反),正品标准分光镜,
反射镜:两个,厚度2mm的一般小镜子(玻璃后面镀水银),日用品商店买的,
支架:用木头作成的可调支架,6维倒是都能调,不过都是用手调,呵呵,
只有一面反射镜是用显微镜上拆下的波片移动架,移动量分辨率只有0.1毫米,
高倍放大镜一个,
白纸屏幕一个,
当然还有底板一块了,

是简陋了一点,不过便宜呀,成本也就200多元,
(现在的正规产品售价最少是4800元)


--------------------------------------------
我想如果确实存在这种规律的话,不是也可以用来测量波长吗?
特别是在位移设备精度较差的情况下,数不清环吞吐数呀,
这样只要测出反射镜“位移周期长度”L,就可得:λ=L/2000,
就是对于正品的精确设备,这也是一个不错的参考方法吧?
相当于数2000次环吞吐后得到的位移量,这样计算起来误差会小一点?
(一般也只能数上十几个环吞吐吧?)
只要较准确的判断两次光环出现的最清晰点就行,
关键是还不知道是否存在这种规律?

另外,这样一来,干涉仪的可测量长度也就增加了(不止是测厚了)?
先数环出现的次数,得到nL,
再按书上说的数环吞吐的次数,得到mλ,
两相加起来就行了?
当然,环吞吐的数量大了,数起来还是辛苦,
一个L之间就有2000次环吞吐,而且有些环恐怕只有用高倍显微镜看才行,



 

 [5楼]  作者:liangjz  发表时间: 2003/05/16 17:49 

等SARS过后,再联系实验吧。
我做实验时没有观察到你所说的现象,可能是激光笔与氦氖激光器的相干长度不一样造成的。在实验中我发现用光电管测得的分别从两个反射镜来的光产生的光电流不一样,相差约两倍。
[楼主]  [6楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/05/16 20:29 

多谢提醒“相干长度”的问题,

再补充一点:
上面的实验是用低功率半导体激光笔作的,而且电池的电量也不很足,
所以比较明显的观察到了激光“相干长度”的周期性变化,
我换了新电池后,原来很明显的光环清晰度周期变化显得有点“迟钝”了,
用一块分光镜把光亮度减弱一半后,就基本恢复了原来的情况,
另外加入了补偿玻璃,对“周期性”基本没有影响,

这说明激光的强度对观察“激光干涉长度周期性”有一定影响,
一般认为气体原子光源只在一个很短的距离内产生干涉---干涉长度较短,
而激光的干涉长度就很长了---在很长的一段距离内都可产生干涉,
但是似乎没有提到过“干涉长度”(或干涉清晰度)的周期变化问题?
估计对于一些正品的较高功率激光器,需要设法把光亮度减到一定程度,
(比如用分光镜、偏振片等等方法吧)
才能较明显的观察到这种“周期性”?
是否由于激光强度这个原因,把这种“周期性”忽略了?

其他的问题在给你的信中说到了,再试试看吧?

 

 [7楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/05/17 17:19 

这并不奇怪
之所以从两个反射镜反射回来的光产生的光电流不同,这是由于两束光的光强不同所致。究其原因就是分光镜的反射与透射没有均匀分配。

※※※※※※
逆子

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