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晶萃光學(xué)JCOPTIX目前提供兩種干涉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：JC-EDU-OI和JC-EDU-SG，可以用來(lái)演示邁克爾遜干涉、馬赫-曾德?tīng)柛缮嬉约八_格納克干涉，演示系統(tǒng)內(nèi)包含全部所需光機(jī)組件。

1、邁克爾遜干涉

基本原理

在邁克爾遜干涉儀的典型光路中，激光器射出的光經(jīng)過(guò)半透半反分束鏡被分成強(qiáng)度大致相等、沿不同方向傳播的兩束相干光束\( (I) \)和\( (II) \)，它們分別經(jīng)非固定反射鏡和固定反射鏡反射后，返回分束鏡，入射到接收觀(guān)察屏。滿(mǎn)足一定的條件下，觀(guān)察屏將呈現(xiàn)出特定的干涉圖樣。

圖1 邁克爾遜干涉儀光路

使用平板分束鏡時(shí)，通常需要在\( (II) \)號(hào)干涉臂中放入一塊與分束鏡材料、厚度完全相同的平行玻璃補(bǔ)償板進(jìn)行相位補(bǔ)償，使得\( (I) \)、\( (II) \)兩束光的相位差僅源自光程差，且與入射光波長(zhǎng)完全無(wú)關(guān)。當(dāng)入射光為單色光而不需要確定零光程差位置（兩路光程相等的位置）時(shí)，補(bǔ)償板可以省略；但對(duì)于需要確定零光程差位置的某些實(shí)驗(yàn)，如白光干涉實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)償板是必不可少的。在晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的該系統(tǒng)中，將平板分束鏡改為分束立方體（如圖1所示），可有效避免平板分束鏡帶來(lái)的相關(guān)問(wèn)題，無(wú)需進(jìn)行相位補(bǔ)償。

調(diào)節(jié)兩個(gè)反射鏡，使兩個(gè)反射鏡嚴(yán)格平行。對(duì)于入射角為\( θ \)的光線(xiàn)，反射鏡之間的光程差為：

\( \Delta=2d/\cos\theta-2d~{\tan\theta}~{\sin\theta}=2d\cos\theta \)

對(duì)于\( k \)級(jí)亮紋有\( \Delta=2d\cos\theta=k\lambda \) ，在同心圓中心處\( \theta \)為0，此時(shí)\( 2d=k\lambda \) ，其中\( d \)為兩個(gè)反射鏡到分束鏡之間的距離差。

當(dāng)\( d \)增大時(shí)，\( k \)增大，中央亮紋的級(jí)數(shù)變大，此時(shí)，中央亮紋向外“冒出”，反之則向里“縮進(jìn)”。由于“縮進(jìn)”或者“冒出”一個(gè)條紋時(shí)，\( d \)的該變量為\( \lambda/2 \)，此時(shí)

\( \lambda=\frac{2\Delta d}{\Delta k} \)

其中\( \Delta k \)為縮進(jìn)或者冒出的條紋數(shù)，\( \Delta d \)為距離差\( d \)的改變量。

晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的干涉系統(tǒng)套件中包含N-BK7和藍(lán)寶石窗口片，厚度為\( 5~mm \)，學(xué)生可以利用干涉儀測(cè)量窗口片材料的折射率。

將一塊窗口片垂直于光路安裝在\( (II) \)號(hào)干涉臂中。由于窗口片的折射率與周?chē)諝獾恼凵渎什煌獯┻^(guò)帶窗口片的\( (II) \)號(hào)干涉臂時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的有效光程。旋轉(zhuǎn)該窗口片會(huì)增加光路中材料的厚度，光經(jīng)過(guò)干涉臂的光程也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。以某角度旋轉(zhuǎn)窗口片時(shí)，可以通過(guò)數(shù)出干涉圖樣中心縮進(jìn)或者冒出的條紋數(shù)來(lái)確定光程的變化?？梢允褂孟旅娴墓接?jì)算該材料的折射率\( n \)：

\( n=\frac{(\frac{\Delta k\lambda}{2t}+\cos\alpha-1 )^2+\sin ^2\alpha}{2(-\frac{\Delta k\lambda}{2t}-\cos\alpha+1 )} \)

其中，\( \lambda \)為入射波長(zhǎng)， \( t \)為窗口片厚度，\( \alpha \)為旋轉(zhuǎn)的角度。

基本原理

在馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的典型光路中，激光器射出的光由擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后形成寬口徑光，經(jīng)過(guò)分束鏡后形成兩路光。兩路光分別經(jīng)過(guò)反射鏡反射至分束鏡2處，經(jīng)過(guò)分束鏡2，兩束光形成干涉，接受觀(guān)察屏將呈現(xiàn)出特定的干涉圖樣。

圖2 馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x光路

3、薩格納克干涉

基本原理

如圖 3所示為薩格納克干涉儀的典型光路，激光器射出的光經(jīng)過(guò)分光鏡被分成強(qiáng)度大致相等、沿兩個(gè)相反方向傳播的兩束相干光束\( (I) \)和\( (II) \)，它們分別經(jīng)相同的固定反射鏡和非固定反射鏡反射后，返回分光鏡，入射到接收觀(guān)察屏，在一定的條件下，觀(guān)察屏將呈現(xiàn)出特定的干涉圖樣，由于兩個(gè)光束的方向是完全相反的，這樣就可以使\( (I) \)、\( (II) \)兩束光的光程差始終相等，且與入射光波長(zhǎng)完全無(wú)關(guān)。在本系統(tǒng)中，將分光平板改成分束立方體可以有效的避免分光平板帶來(lái)的問(wèn)題，因而無(wú)需進(jìn)行補(bǔ)償。

圖3 薩格納克干涉光路