低碳经济模式下碳排放权的确认和计量——基于我国碳排放交易低廉定价的思考pdf

1、实验三十八迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】1 . 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调节和使用方法。2 .应用迈克尔逊干涉仪，测量 He-Ne激光的波长。【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜。【实验原理】干涉仪是凭借光的干涉原理来测量长度或长度变化的精密仪器。实验室中最常用的迈克尔逊干涉仪，其原理图和实物图如图3-38-1所示。Mi和M 2是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺钉，用来调节镜面的方位；M 2是固定的；Mi由精密丝杆控制可沿臂轴前后移动，移动的距离有转盘读出。确定 M1的位置有三个读数装置：（1）主尺：在导轨侧面，最小刻度为毫米；5

2、（2）读数囱：可读到0.01mm； （3）田刻度盘的被倜手轮： 可读到0.0001mm,估读到10 mm。在两臂轴相交处有一与两臂轴各成45°的平行平面玻璃板 R ,且在P1的第二平面上镀以半透（半反射）膜以便使入射光分成振幅近乎相等的反射光（1）和透射光（2）,故P1板又称为分光板。P2也是一平行平面玻璃板，与 R平行放置，其厚度和折射率均相同，用来补偿（1）和（2）之间附加的光程差，故称为补偿板。从扩展光源S射来的光在P处分成两部分，反射光（1）经R反射后向着M1前进，透射光（2）透过向着M2前进，这两束光分别在 Mi、M2上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E处。由于两列

3、波来自同一波源上同一点，故是相干光，在E处可观察到干涉图样。由于光在分光板 R的第二面反射， M2在M i附近形成一平行于 M i的虚像M 2,因而 自M 2和M i的反射，相当于自是 M i和M 2的反射。由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产 生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。一、扩展光源照明产生的干涉图1.当Mi和M2严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。 所以倾角为i的入射光束由Mi和M2反射光线的光程差均为=2dcos i式中，i为光线在Mi镜面的入射角；D为空气薄膜的厚度；它们将处于同一级干涉条纹，并定位与无限远。这时，在图中的E处放一会聚透镜，在其焦平面上（或用眼在E处正对Pi观察）

4、，便可观察到一组明暗相间的同心圆纹，这些条纹的特点是：（1）干涉条纹的级次以中心为最高。在干涉纹中心，因 i=0,如果不计反射光线之间的相位突变，由圆纹中心出现亮点条件2d k得到圆心处干涉条纹的级次2d k 对于任一级干涉亮条纹，例如第k级，必满足2d cosik k当Mi和M2的间距d逐渐增大时，必定以减少其cosik的值来满足2d cosik k ，故该干涉条纹ik变大（cosik变小）的方向移动，即向外扩展。这是，观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”；且每当间距d增加时，就有一个条纹涌出。反之，当间距由大逐渐变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地 “陷入”中心，且每陷入一个条纹, 间距

5、的改变也为 /2。因此，只要数出涌出或陷入的条纹数，即可得到平面镜M1以波长 为单位而移动的距离。显然，若有 N个条纹从中心涌出时，则表明 M1相对于M 2移远了。反之，若有N个条纹陷入，则表明 Mi相对于M2移近了同样的距离。根据（），如果已知光波的波长，便可以由条纹变动的数目，计算 M1移动的距离，这就是长度的干涉计量原理；反之，已知Mi移动的距离和干涉条纹变动的数目，便可确定光波的波长。(2)干涉条纹的分布是中心宽、边缘窄对于相邻的k级和k-1级干涉条纹、有2d cos i k2d cosik 1 (k 1)i2两式相减，当i较小时，利用cosi 1,可得相邻跳纹的角距离ik为2ik i

6、k ik 12di上式表明：d 一定时，视场力干涉条纹的分布是中心较宽( ik小，ik大)，边缘较窄(ik大，ik小)；ik越大，即条纹随着薄膜厚度 d的减小而变宽。所以在调节和测量时，应选择d为较小值，即调节 M1和M2到分光板P1上镀膜面的距离大致相同.2.当M1和M 2有以小的夹角”,且当入射角也较小时， 一般为等厚干涉条纹， 定位与空气薄膜表面附近。此时，由 M1和M'2反射的光线的光程差仍近似为i2、2dcosi 2d(1 ) 2在两镜面的交线附近处，因厚度 d较小，d-i2的影响可略去；相干的光程差主要由膜厚d决定的，因而在空气膜厚度相同的地方光程差均相同，即干涉条纹是一组

7、平行与M1和M2交线的等间隔的直线条纹。在离M1和M 2的交线较远处，因 d较大，干涉条纹变成弧形，且条形弯曲的 方向是背向两镜面的交线。 这是由于式中2d?i的作用不容忽略。由于同一 k级干涉条纹乃是等光程差 i2.点的轨迹。为满足 2d (1-) k ,因此用扩展光源时，2当i逐渐增大的地方要向的增加的方向移动，使条形成为弧 形愈加弯曲。3白光照射下看到彩色条纹的条件 对于等倾干涉，在 d接近零时，可以看到；对于等厚干涉，在 Mi、M2的交线附近可以看到。因为在 d=0时，所有波长的干涉情况相同，不显彩色；当 d较大时，因不同波长干 涉条纹互相重叠，使照明均匀，彩色消失。只有 当d接近零时

8、，才可以看到数目不多的彩色干涉 条纹。二、点光源照明产生的非定域干涉图样对于图3-38-2所有的装置，点光源S经M1和M2反射所产生的干涉，等效于沿轴分布的两个虚点光源c和所产生的干涉。因从和发出的Si S2Si S2球面波在相遇的空间处处相干，故为非定域干涉。如图3-38-2所示，激光束经短焦距扩束透镜后， 形成高亮度的亮光源S,照明干涉仪。若将观察屏放在不同位置上，则可看到不同形状的干涉条 纹。当观察屏 E垂直与轴时，屏上呈现出圆形的 干涉条纹(见图3-38-3)。从图3-38-4中可以看出，由Si、S2到屏E上任一点A的两光线的光程差为S2A SiA考虑dz到且i很小，故&二2d

9、cosi，同等倾条纹相似，在圆环中心B处，光程差最大，级次最高；当移动M i使d增加时，圆环一个个地从中心”涌出”，当d减小时，圆环一个个地从中心”陷入”，每变动一个条纹，M1移动的距离为 /2 .因此也可以计量长 度或测定波长.【实验原理】1 .非定域干涉条纹的调节用氮速激光器做光源，调节迈克尔逊干涉仪的方法如下：(1)如图3-38-1所示，调节拉簧螺钉及 M1和M 2背后三个调节螺钉，使其全部处于中间状态。(2)调节He-Ne激光器和迈克尔逊干涉仪的相对位置(即它们高低、左右、俯仰)，使M i、M2反射的两排反光点回到光孔附近，并让光束入射于分光板P的中部。(3)激光束经Pi反射后，入射于

10、 Mi镜上，调节Mi镜后面的三个螺钉，直到 Mi镜反射的最亮点与激光器出光孔重合，这时Mi镜垂直于入射的激光束。用同样方法调节M2 ,使由M2镜反射的最亮光点也与激光器出光孔重合，这时 M2镜也垂直于入射的激光束。这样M i和M 2就基本上相互垂直，即 Mi和M 2互相平行了。(4)在光路中放入一扩束镜(短焦距的透镜)，调节扩束镜的相对位置，让激光束经过扩束镜，并将扩束后的激光照在分光板P1的中部，这时在屏上就可以看到干涉条纹了。再仔细调节M 2的拉簧螺钉，使Mi和M '2严格平行，则在屏上就可以看到非定域的圆条纹。(5)前后移动观察的毛玻璃屏，观察干涉条纹的变化规律，适当改变毛玻璃屏

11、相对于Mi镜法线的倾角，可观察到椭圆形干涉条纹。(6)转动手轮使 M1在导轨上移动，观察干涉条纹的大小、疏密等变化情况。(7)试验中应注意：a.迈克尔逊干涉仪的 M1和M 2及P1和P2均为精密光学元件，调解过程中，严禁触碰所有光学表面。同时，Mi和M 2两反射镜不能受力过大。b.细调手轮可随时带动粗调手轮转动，但是粗调手轮不能带动细调手轮。因此，在所有测量之前，应使粗、细手轮的零点调好，否则会出现粗、细手轮读数不配套的问题，引起读数出错。调零的方法：先将细调手轮沿某一方向调至0,然后再将粗调手轮沿同一方向转至任一刻度线对齐，调节细调手轮沿刚才同一方向移动M1镜，使细调手轮带动粗调手轮一起旋转

12、。c.使用HNL-55700多束光纤激光器作光源时，从光纤出射的激光已经扩束，故不需加扩束镜。调节时，先使光纤出射的激光斑照射在分光板上，光轴基本与固定镜垂直，取下毛玻璃屏，可看到由M i和M2各自反射的两排光点像，仔细调节Mi和M 2镜后面的调节螺钉,使两排光点像严格重合。这样，M 1和M 2就基本上相互垂直，即 M 1和M '2严格平行了。此时装上毛玻璃，即可在屏上观察到非定域的干涉条纹了。其余调节步骤与上面方法类似。2 .测量He-Ne激光的波长利用非定域的干涉条纹测定波长。单方向移动Mi镜，卞!据M i镜前后位置读数以及在Mi镜移动过程中干涉条纹涌出(或陷入)的数目N,即可由式

13、(3-38-5 )求得波长2 dNN一般取值要大些，如 200或更多些，以减小测误差。在本实验中，可取N=250,且每数50环记一次Mi镜的位置，连续取i0个数据，应用逐差法加以处理。【实验数据和结果】0.000i-52 dN 250 公认 632.8nm 仪5 i0 mm 次数0123456789环数050100150200250300350400450读数di /mm49.0284549.0452149.0617549.0777849.0941349.1106549.1264049.1415049.1582149.17524d di 5 di/mm0.082200.081190.079750.080430.08112/nm657.64649.10638.25642.95648.961d最后将实验测得的波长表为d 0.08094mm(di F 0.00041mm n(n 1)t