Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

Цель работы: изучение принципа действия интерферометра Май-
кельсона, получение и исследование интерференционной картины.
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ И МЕТОД ЭКСПЕРИМЕНТА
В интерферометре Майкельсона осуществляется интерференция
двух монохроматических волн одинаковой частоты. Такие волны по
определению имеют бесконечную продолжительность во времени.
Очевидно, что в природе они не существуют. Поэтому на практике
наблюдается интерференция квазимонохроматических волн. Такие
волны можно получить в результате разделения одной и той же волны
на две части. Однако полной аналогии с интерференцией
монохроматических волн здесь не получится, поскольку каждая из

1. Разность фаз колебаний сохраняется неизменной за время ,
достаточное для наблюдений. Средняя энергия результирующего
колебания отличается от суммы средних энергий исходных
колебаний. В этом случае колебания называются когерентными, а
явление сложения таких колебаний – интерференцией колебаний.
2. Разность фаз колебаний беспорядочно меняется за время
наблюдения. Средняя энергия результирующего колебания равна
сумме средних энергий исходных колебаний. Колебания в этом случае
называются некогерентными, а при их сложении всегда имеет место
суммирование интенсивностей, т.е. интерференция не наблюдается.
Строго гармонические колебания одинаковой частоты всегда
когерентны между собой, так как они длятся, не обрываясь,
имеющаяся разность фаз у них сохраняется без изменения сколь
угодно долгое время.
В соответствии с вышесказанным условием интерференции волн
одной и той же частоты будет являться их когерентность, т.е.
сохранение неизменной за время наблюдения разности фаз. Для
простоты будем полагать, что волны одинаково линейно
поляризованы. При этом результат интерференции будет
определяться как разностью фаз интерферирующих волн в месте
наблюдения (которая зависит от начальной разности фаз волн), так и
разностью расстояний, отделяющих точку наблюдения от источников
каждой из волн.

Для получения расходящегося пучка света применяется линза 4.
Зеркала З1 и З2 и светоделительная пластина 3 помещены в
юстировочные головки, позволяющие менять угловое положение
зеркал. Линейное перемещение зеркала З1 осуществляется с помощью
пьезокерамического элемента 6. Интенсивность интерференционных
полос регистрируется визуально на экране 5. Источники напряжения 7
и 8 предназначены для питания лазера 2 и пьезокерамического
элемента 6.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться с размещением деталей интерферометра.
2. Включить блок питания лазера 7.
3. Произвести юстировку зеркал, добиваясь совмещения
световых пучков  и  на экране 5. При правильной юстировке на
экране должна появиться интерференционная картина в виде колец.
4. Включить источник напряжения 8. Изменяя напряжение на
пьезокерамическом элементе 6 в пределах 550 В, наблюдать
изменение радиуса интерференционных полос при увеличении и
уменьшении напряжения. Определить знак изменения разности хода
интерферирующих лучей.
5. Изменяя напряжение на пьезокерамическом элементе,
последовательно записывать значения U, при которых на экране в
центре интерференционной картины наблюдаются максимумы
интенсивности света.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1. По результатам пункта 5 построить график зависимости
перемещения зеркала 31 от напряжения на пьезокерамическом
элементе 6. Величину перемещения d=l1 — l2 найти из формул (9) и
(10), приняв cos = 1. При расчете по формулам (9) и (10) учитывать,
что при переходе от одного максимума к другому разность хода 
изменяется на величину, равную длине волны . Поскольку разность
хода и перемещение зеркала  связаны линейной зависимостью, то,
как следует из формулы (10), при изменении  на величину q (q = 0,
1, 2 …) одно из зеркал интерферометра перемещается на
Отсчет значений q начинать с q = 0 при минимальном U. Для He-Ne
лазера  = 0,63 мкм.
2. По углу наклона зависимости  от U определить величину
линейного перемещения пьезокерамического элемента,
приходящуюся на 1 В.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Объяснить устройство и принцип работы интерферометра
Майкельсона.
2. Объяснить механизм образования полос равного наклона и
равной толщины. Где они локализованы?
3. Объяснить смысл понятий пространственной и временной
когерентности волн и их влияние на качество интерференционной
картины.
4. Где применяется интерферометр Майкельсона?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1997.
С. 316-331.
2. Соколов А.П., Соколов А.А. Интерференция света:
методические указания к самостоятельной работе/ Рязан. гос.
радиотехн. ун-т. Рязань, 2009. С. 1-20.
3. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1970. С. 62-136.
4. Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985. С. 147-159.