本實(shí)用新型涉及一種大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)裝置，具體是涉及一種利用邁克爾遜干涉光路測(cè)量空氣折射率的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

光的干涉是重要的光學(xué)現(xiàn)象之一，是光的波動(dòng)性的重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。兩列頻率相同、振動(dòng)方向相同且相位差恒定的相干光在空間相交區(qū)域?qū)?huì)發(fā)生相互加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象，即光的干涉現(xiàn)象。光的波長(zhǎng)雖然很短，但干涉條紋的間距和條紋數(shù)卻很容易用光學(xué)儀器測(cè)得。根據(jù)干涉條紋數(shù)目和間距的變化與光程差、波長(zhǎng)之間的關(guān)系式，可以推出微小長(zhǎng)度變化(光波波長(zhǎng)數(shù)量級(jí))和微小角度變化，因此光的干涉現(xiàn)象在照相技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、平面角檢測(cè)技術(shù)、材料應(yīng)力及形變研究等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。相干光源的獲取除用激光外，在實(shí)驗(yàn)室中一般是將同一光源采用分波陣面或分振幅兩種方法獲得，并使其在空間經(jīng)不同路徑會(huì)合后產(chǎn)生干涉。邁克爾遜干涉儀是1883年美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計(jì)制造出來的精密光學(xué)儀器，它利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉。在近代物理和近代計(jì)量技術(shù)中，如在光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)研究和用光波標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)米尺等實(shí)驗(yàn)中都有著重要的應(yīng)用，后來多種專用干涉儀都是在此基礎(chǔ)上研制的。

利用邁克爾遜干涉光路測(cè)量空氣折射率是目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中一個(gè)常見的項(xiàng)目。目前的實(shí)驗(yàn)裝置通常是采用透明玻璃管作為氣室，通過氣囊向玻璃管內(nèi)充入空氣，利用氣壓表測(cè)量玻璃管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，同時(shí)利用人眼直接觀察并記錄干涉條紋變化的數(shù)目，然后代入公式計(jì)算出空氣的折射率。但是這種裝置與測(cè)量方法存在以下不足：

其一，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生容易將玻璃管摔壞。

其二，通過氣囊向玻璃管內(nèi)充入空氣，如果學(xué)生充入氣體過多，容易造成玻璃管爆裂，從而可能造成人身傷害。利用氣壓表測(cè)量玻璃管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不方便而且不準(zhǔn)確。

其三，利用人眼直接觀察并記錄干涉條紋變化的數(shù)目，容易造成人眼疲勞，讀數(shù)失誤，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實(shí)用新型提出一種利用邁克爾遜干涉光路測(cè)量空氣折射率的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置采用透明樹脂材料做成的氣室代替玻璃管，不易摔壞，利用氣體壓強(qiáng)傳感器監(jiān)測(cè)氣室內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，通過控制器控制微型氣泵向氣室內(nèi)充入空氣，可以避免充入氣體過多造成氣室爆裂。利用光電傳感器代替人眼檢測(cè)并記錄干涉條紋變化的數(shù)目，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：在光學(xué)平臺(tái)上設(shè)置激光器、擴(kuò)束鏡、分束鏡、干涉條紋顯示屏、平面全反射鏡M₁及M₂，激光器發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束鏡，再經(jīng)分束鏡半反射膜的透射和反射，被分成光強(qiáng)接近相等的兩束光，一束為透射光，一束為反射光。當(dāng)激光束以45°角射向分束鏡時(shí)，被分成相互垂直的兩束光，這兩束光分別垂直射向兩平面全反射鏡M₁及M₂，經(jīng)它們反射后再回到分束鏡的半反射膜上，經(jīng)半反射膜反射和透射后又匯聚成一束光，射到干涉條紋顯示屏上。由于反射光與透射光為兩相干光束，因此可以在屏上觀察到干涉條紋。在分束鏡與平面全反射鏡M₁之間的光路上設(shè)置由透明樹脂材料做成的氣室，兩端鍍膜以增強(qiáng)光的透射率，氣室內(nèi)設(shè)置一氣體壓強(qiáng)傳感器，一端開口于氣室內(nèi)，氣體壓強(qiáng)傳感器通過接口與控制器相連，用來測(cè)量氣室內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，并可顯示出來。微型氣泵一端與氣室相連，另一端與控制器相連， 利用氣體壓強(qiáng)傳感器監(jiān)測(cè)氣室內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，通過控制器控制微型氣泵向氣室內(nèi)充入空氣，可避免充入氣體過多造成氣室爆裂。在干涉條紋顯示屏上設(shè)置光電傳感器，利用光電傳感器代替人眼檢測(cè)并記錄干涉條紋變化的數(shù)目，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過微型氣泵向氣室內(nèi)充入空氣，改變氣室內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，記下壓強(qiáng)的變化量，同時(shí)記錄干涉條紋變化的數(shù)目，根據(jù)公式即可計(jì)算出空氣的折射率。

本實(shí)用新型的有益效果是，該裝置采用透明樹脂材料做成的氣室代替玻璃管，不易摔壞，兩端鍍膜能增強(qiáng)光的透射率。利用氣體壓強(qiáng)傳感器監(jiān)測(cè)氣室內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，通過控制器控制微型氣泵向氣室內(nèi)充入空氣，方便準(zhǔn)確而且可以避免充入氣體過多造成氣室爆裂。利用光電傳感器代替人眼檢測(cè)并記錄干涉條紋變化的數(shù)目，避免人眼疲勞造成的讀數(shù)失誤，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1.激光器，2.激光器電源，3.擴(kuò)束鏡，4.分束鏡，5.氣室，6.平面全反射鏡M₁，7.平面全反射鏡M₂，8.干涉條紋顯示屏，9.光電傳感器，10.氣體壓強(qiáng)傳感器，11.微型氣泵，12.控制器，13.干涉條紋變化數(shù)目顯示屏，14.氣體壓強(qiáng)顯示屏，15.氣泵啟?？刂瓢存I，16.電源開關(guān)按鍵。

具體實(shí)施方式

圖中，在光學(xué)平臺(tái)上設(shè)置激光器1、擴(kuò)束鏡3、分束鏡4、干涉條紋顯示屏8、平面全反射鏡M₁6及平面全反射鏡M₂7，激光器1與激光器電源2相連，激光器1發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束鏡3，再經(jīng)分束鏡4半反射膜的透射和反射，被分成光強(qiáng)接近相等的兩束光，一束為透射光，一束為反射光。當(dāng)激光束以45°角射向分束 鏡4時(shí)，被分成相互垂直的兩束光，這兩束光分別垂直射向平面全反射鏡M₁6及平面全反射鏡M₂7，經(jīng)它們反射后再回到分束鏡4的半反射膜上，經(jīng)半反射膜反射和透射后又匯聚成一束光，射到干涉條紋顯示屏8處。由于反射光與透射光為兩相干光束，因此可以在屏上觀察到干涉條紋。在分束鏡4與平面全反射鏡M₁6之間的光路上設(shè)置由透明樹脂材料做成的氣室5，氣室5兩端鍍膜以增強(qiáng)光的透射率，氣室5內(nèi)設(shè)置一氣體壓強(qiáng)傳感器10，一端開口于氣室5內(nèi)，氣體壓強(qiáng)傳感器10與控制器12相連，用來測(cè)量氣室5內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，并可通過控制器12上的氣體壓強(qiáng)顯示屏14顯示出來。微型氣泵11一端與氣室5相連，另一端與控制器12相連，利用氣體壓強(qiáng)傳感器10監(jiān)測(cè)氣室5內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，通過控制器12控制微型氣泵11向氣室5內(nèi)充入空氣，可避免充入氣體過多造成氣室5爆裂。在干涉條紋顯示屏8上設(shè)置光電傳感器9，利用光電傳感器9代替人眼檢測(cè)并記錄干涉條紋變化的數(shù)目，并可通過控制器12上的干涉條紋變化數(shù)目顯示屏13顯示出來，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

具體實(shí)驗(yàn)操作步驟為：

(1)先不加擴(kuò)束鏡3，調(diào)節(jié)兩平面全反射鏡M₁6及平面全反射鏡M₂7互相垂直，使激光器1發(fā)出的光束垂直入射到M₁6及M₂7的中心，從M₁6及M₂7返回的兩個(gè)光點(diǎn)要同時(shí)返回激光器1的出射孔，并且要在干涉條紋顯示屏8上完全重合。還要注意M₁6及M₂7到分束鏡4的距離要接近相等，以便得到粗而疏的圓環(huán)狀干涉條紋，便于觀察測(cè)量。最后加上擴(kuò)束鏡3，要盡量在干涉條紋顯示屏8上觀察到同心圓環(huán)狀干涉條紋，并將干涉條紋中心調(diào)到光電傳感器9上。

(2)將氣室5的閥門擰緊以防氣體在壓縮的過程中溢出，通過控制器12上的氣體壓強(qiáng)顯示屏14記錄此時(shí)氣室5內(nèi)氣體壓強(qiáng)的初始值p₁。

(3)按下控制器12上的氣泵啟?？刂瓢存I15，啟動(dòng)微型氣泵11向氣室 5內(nèi)緩慢充入空氣，使氣室5內(nèi)氣體的壓強(qiáng)變化，可以在干涉條紋顯示屏8上觀察到干涉條紋從中心“涌出”或“縮進(jìn)”，通過控制器12上的干涉條紋變化數(shù)目顯示屏13顯示條紋的變化數(shù)目。稍后按下氣泵啟?？刂瓢存I15，通過干涉條紋變化數(shù)目顯示屏13記下條紋的變化數(shù)目為ΔK。通過控制器12上的氣體壓強(qiáng)顯示屏14記錄此時(shí)氣室5內(nèi)氣體的壓強(qiáng)值p₂，則氣室5內(nèi)氣體壓強(qiáng)的變化量為Δp＝p₂-p₁。

(4)計(jì)算干涉條紋變化的數(shù)目與相應(yīng)壓強(qiáng)變化量的比值測(cè)出氣室的長(zhǎng)度L，將激光的波長(zhǎng)λ及初始時(shí)氣室5內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p₁代入公式即可計(jì)算出壓強(qiáng)為p₁時(shí)空氣的折射率。

以上對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述，但是本實(shí)用新型所介紹的實(shí)施例并沒有限制的意圖，在不背離本實(shí)用新型主旨的范圍內(nèi)，本實(shí)用新型可有多種變化和修改。