Michelson Interferometer
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2.2 Theorie Das Michelson-Interferometer ist die grundlegende Anordnung für eine Vielzahl von Zweistrahl-Interferometern. Dabei wird Licht von der Lichtquelle, das Spiegel S2 Physikalisches Grundlagenlabor Kompensationsplatte P1 1 Spiegel S1 Versuch 3.5 Michelson-Interferometer Geräte • Michelson-Interferometer Lichtquelle Strahlteilerplatte P • Fadenkreuz • 2 Blenden • Draht zum Erwärmen bzw. Abkühlen 2 Fernrohr Michelson-Interferometer Grundlagen *Aufbau des auf eine planparallele Platte P (Strahlteiler) auftrifft, in zwei Strahlen geteilt, deren Achsen senkrecht auf den Spiegeln S1 und S2 stehen. Die von dort re• Interferenz, Zweistrahl Interferenz, Gangunterschied, Wellenlänge, Kohä- flektierten Strahlen werden auf der teilreflektierenden Oberfläche von P wieder zusammengeführt. Das dadurch entstehende Interferenzmuster kann durch ein renz, Reflexionsgrad, Transmissionsgrad, Kontrast Fernrohr betrachtet werden. Das von S2 reflektierte Licht geht dreimal durch • Strahlengang, Längenmessung, die Platte P, während das von S1 reflektierte nur einen einzigen Durchgang 2.1 Fachbegriffe 1 erstellt: 26.8.2016 hat. Die Kompensationsplatte P1 ist gleich dick wie P und exakt parallel dazu. Ihr Einbringen in den Strahlengang gleicht die Gangunterschiede aus den Glasdurchgängen der beiden Strahlen aus. Je nach Stellung der Spiegel S1 und S2 zueinander erhält man bei ungleichen optischen Wegen kreisförmige bis gerade Interferenzlinien. Anwendungen des Michelson-Interferometers sind z.B.: - Die optisch hochwertigen Oberflächen von Gläsern und Spiegeln nicht berühren! 3.2 1. Man setze die kleinste Aperturblende in den Beobachtungstubus und justiere die beiden von S1 bzw. S2 reflektierten Strahlen so, daß sich ihre Zentren exakt überlagern. Um die Strahlanteile identifizieren zu können, decke man wechselweise den Spiegel S1 bzw. S2 ab.- Nun setze man die größere Aperturblende ein, durch die man im erweiterten Sichtfeld deutliche Interferenzlinien erkennt, die beim Verschieben des Spiegels S1 mittels einer Mikrometerschraube durch das Sichtfeld wandern. Mit den beiden Justierschrauben am Spiegel S2 stelle man das Interferenzfeld so ein, daß maximal 5 Interferenzlinien im Sichtfeld vorhanden sind. - exakter Wellenlängenvergleich, - Brechzahlmessung von Gasen und durchsichtigen Festkörpern, - exakte Bestimmung von Inhomogenitäten und Öberflächenabweichungen bei durchsichtigen Festkörpern, - exakte Messung geringer Längenänderungen. 2. Der Spiegel S1 wird über einen Verschiebebalken mittels einer Mikrometerschraube bewegt. Die Untersetzung des gemessenen Mikrometerwertes bzgl. der Spiegelverschiebung beträgt 5 : 1. Man stelle die Mikrometerschraube so auf einen beliebigen Nullwert ein, daß ständige Berührung mit dem Verschiebebalken des Spiegels während dessen Verschiebung gewährleistet ist. Nun drehe man langsam die Mikrometerspindel und zähle wärenddessen die Interferenzlinien, die im Sichtfeld über einen beliebig vorgebbaren optischen Fixpunkt wandern. Die Verschiebung des Interferenzfeldes um einen Interferenzlinien-Abstand (eine Ordnung) entspricht dem Gangunterschied ∆x = λ, also einem gefahrenen Spiegelweg von sSpiegel = λ2 . Der abgelesene Mikrometerwert ist s. Dem Michelson-Aufbau entspricht auch das Twyman-Green-Interferometer. 3 Versuch 3.1 Durchführung Vorbemerkungen Im nachfolgenden Versuch ist aus kleinen optischen Wegdifferenzen die Wellenlänge des benutzten Lichtes zu bestimmen. Bei der Versuchsdurchführung ist zu beachten: - Optische Interferometrie benutzt Lichtwellenlängen als Maßstab im unteren mm-Bereich. Der Versuch ist daher sehr behutsam durchzuführen, da kleinste Erschütterungen und Unachtsamkeiten zu unbrauchbaren Meßergebnissen führen. Man ermittle aus der Spiegelverschiebung D und der zugehörigen Interferenzlinienzahl N die Wellenlänge λ des benutzten Lichts. Die Messung ist für 4 unterschiedliche Interferenzlinien-Zahlen zwischen 50 und 200 Linien 2 erstellt: 26.8.2016 durchzuführen und auszuwerten. Es ist eine Fehlerrechnung durchzuführen. 3. Man halte einen erhitzten Gegenstand in den Strahlengang zwischen Strahlteiler P und Spiegel S1 und beobachte, skizziere und beurteile den Einfluß auf das Interferenzfeld. ! NICHT AUF OPTISCHE OBERFLÄCHEN FASSEN ! (LINSEN, PRISMEN, SPIEGEL, ETC.) 3 erstellt: 26.8.2016
