báo cáo bài tập lớn giao thoa kế michelson và ứng dụng 1

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (694.84 KB, 22 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GIAO THOA KẾ MICHELSON VÀ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Thị Minh Hương

Lớp: L01Nhóm 12

TP. HỒ CHÍ MINH, NGÀY 01 THÁNG 12 NĂM 2022

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

CHƯƠNG I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG...1

1.1Hiện tượng giao thoa ánh sáng...1

1.2Hiện tượng giao thoa ánh sáng gây ra bởi các bản mỏng...2

1.2.1Giao thoa ánh sáng cho bởi bản mỏng có độ dày thay đổi – Vân có cùng độdày 21.2.2Bản mỏng hình nêm...4

1.2.3Bản mỏng cho vân trịn Newton...5

1.2.4Giao thoa gây bởi bản mỏng có bề dày khơng đổi – vân cùng độ nghiêng. . .6

CHƯƠNG II. GIAO THOA KẾ MICHELSON...7

2.1Sơ đồ nguyên lí...7

CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG GIAO THOA KẾ MICHELSON...9

3.1Máy quang phổ biến đổi Fourier:...9

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

3.2Giao thoa kế Twyman:...9

3.3Giao thoa kế đường đi không đều bằng laser:...10

3.4Phép đo sao:...10

3.5Phát hiện sóng hấp dẫn:...11

3.6Các ứng dụng khác:...11

3.7Các ứng dụng trong khí quyển và khơng gian:...13

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...16

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1. 1. Hình ảnh mơ tả giao thoa ánh sáng...1

Hình 1. 2. Khe Young...1

Hình 1. 3. Lưỡng lăng kính Fresnel...2

Hình 1. 4. Hình ảnh mơ tả giao thoa ánh sáng bởi bản mỏng có độ dày thay đổi...3

Hình 1. 5. Bản mỏng hình nêm...4

Hình 1. 6. Vân trịn Newton...5

Hình 1. 7. Hiệu quang lộ của hai tia...6

Hình 2. 1. Sơ đồ nguyên lý giao thoa kế Michelson...7

Hình 3. 1. Quang phổ biến đổi Fourier...9

Hình 3. 2. Giao thoa kế Twyman-Green...10

Hình 3. 3. Biểu đồ doppler của Helioseismic Magnetic Imager (HMI) cho thấy vận tốc của các dịng khí trên bề mặt mặt trời. Màu đỏ biểu thị chuyển động ra khỏi người quan sát và màu xanhlam biểu thị chuyển động đối với người quan sát...12

Hình 3. 4. Thiết lập quang học điển hình của điểm đơn OCT...13

Hình 3. 5. Từ tính (hình ảnh từ tính) của Mặt Trời hiển thị các vùng có cường độ từ tính ( vùng hoạt động) bằng màu đen và trắng, như được chụp bởi máy chụp ảnh từ trường và trực thăng (HMI) trên đài quan sát Động lực học Mặt Trời...14

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

TÓM TẮT BÀI VIẾT

Bài báo cáo đề cập một số vấn đề quang học sóng ở trường phổ thông về các mặt. Nghiên cứu các vấn đề lý thuyết về hiện tượng giao thoa ánh sáng đối với thí nghiệm Michelson và hệ vân trịn Newton; thiết kế thí nghiệm đo bước sóng ánh sáng đơn sắc của các nguồn sáng; hướng dẫn và đánh gia kết quả làm thí nghiệm của học sinh nhằm phát triển năng lực toàn diện của học sinh trong các hoạt động nhận thức. Đưa ra các ứng dụng về giao thoa kế Michelson.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Hình 1. 1. Hình ảnh mơ tả giao thoa ánh sáng

Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa: các sóng ánh sáng phải là sóng kết hợp.Nguyên tắc tạo ra hai sóng ánh sáng kết hợp: từ một sóng duy nhất tách ra thành hai sóngriêng biệt (ví dụ: khe Young, gương Fresnel, lưỡng lăng kính Fresnel, bán thấu kínhBillet, gương Lloyd…).

Hình 1. 2. Khe Young

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Hình 1. 3. Lưỡng lăng kính Fresnel

Điều kiện cực đại giao thoa là hai dao động sáng cùng pha với nhau

∆ φ=φ1−φ2=2 kπ hay hiệu quang lộ ∆ L=L L1− 2=k với k= 0; 1; 2;… (1)

Điều kiện cực tiểu giao thoa hai dao động sáng ngược pha với nhau

∆ φ=φ1−φ2= ( 2 k +1)π hay hiệu quang lộ: ∆ L=L1−L2=( 2 k +1)❑

2. với k=0;1 ;2 ; …(2).

1.2 Hiện tượng giao thoa ánh sáng gây ra bởi các bản mỏng

Bản mỏng là một bản trong suốt có độ dày vào cỡ vài phần trăm milimet, thí dụnhư màng xà phịng, váng dầu, lớp khơng khí mỏng,…Khi chiếu ánh sáng vào bản mỏngthì mặt trên bản mỏng thường xuất hiện các vân sóng nhiều màu – gọi là các vân bảnmỏng. Nguyên nhân của hiện tượng này là do có sự giao thoa của các chùm tia sáng phảnxạ ở mặt trên và mặt dưới của bản mỏng.

1.2.1 Giao thoa ánh sáng cho bởi bản mỏng có độ dày thay đổi – Vân có cùngđộ dày

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Hình 1. 4. Hình ảnh mơ tả giao thoa ánh sáng bởi bản mỏng có độ dày thay đổi

Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi tia sáng bị phản xạ trên mơi trường chiết quanghơn (thí dụ, tia sáng truyền từ khơng khí tới phản xạ trên thủy tinh ) thì quang lộ của nó

2). Ta dễ dàng tính được hiệu quang lộ giữa hai tia phản xạở mặt phẳng trên và mặt phẳng dưới như sau:

L1 - L2 = 2d

√

n2

i - Với: d: bề dày của bản mỏng tại điểm quan quát.

n : chiết suất của bản mỏng.i : góc tới của tia sáng trên bản mỏng.: bước sóng của ánh sáng tới.

- Cực đại giao thoa nằm tại các vị trí ứng với độ dày d của bản mỏng thỏa mãn điều kiện:

L1 - L2 = ± k

- Cực tiểu giao thoa nằm tại các vị trí ứng với độ dày d của bản mỏng thỏa mãn điều kiện:

L1 - L2 = ±(2k+1)❑2

Những cực đại và cực tiểu giao thoa ứng với cùng một độ dày của bản mỏng đượcgọi là vân giao thoa cùng độ dày.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Bây giờ ta xét hai trường hợp đặc biệt của bản mỏng có độ dày thay đổi: đó là bảnmỏng hình nêm và bản mỏng cho các vân tròn Newton.

1.2.2 Bản mỏng hình nêm

Bản mỏng hình nêm thường là một lớp khơng khí mỏng giới hạn giữa hai bản thủytinh G1, G2 có độ dày khơng đáng kể đặt nghiêng trên nhau một góc α rất nhỏ vào cỡ vàiphần nghìn radian.

Thực nghiệm và lý thuyết chứng tỏ rằng khi ánh sáng phản xạ trên mơi trường cóchiết suất lớn hơn mơi trường ánh sáng tới thì quang lộ của tia phản xạ đi thêm mộtđoạn ❑

- Những cực tiểu giao thoa (vân tối) nằm tại các vị trí ứng với độ dày d của bảnmỏng hình nêm xác định bởi điều kiện:

∆ L = L1 - L2 = (2k+1)❑2

4 với k = 1,2,3,…

Hình 1. 5. Bản mỏng hình nêm

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

- Khoảng cách giữa hai vân cực tiểu hoặc hai vân cực đại kế tiếp nằm trên một bảnmỏng hình nêm có giá trị bằng:

i = dk+1−dksinα ≈

❑2 α

- Vì vào cỡ 10−6 m nên muốn nhìn thấy rõ các vân giao thoa (ứng với khoảngcách i = 10−3

m ) thì góc nghiêng α của bản mỏng hình nêm phải vào cỡ 10−3 rad.

1.2.3 Bản mỏng cho vân tròn Newton

Bản mỏng cho vân tròn Newton là một lớp khơng khí giới hạn giữa mặt cong củamột thấu kính phẳng – lồi L đặt tiếp xúc với một bản thủy tinh phẳng P tại điểm O.

Bản mỏng cho vân tròn Newton cũng giống như cho bản mỏng hình nêm, nhưngmặt trên của nó là mặt con có bán kính R lớn. Chiếu một chùm tia sáng đơn sắc songsong theo phương vng góc với bản thủy tinh P. Khi đó các tia sáng phản xạ ở mặt trênvà mặt dưới của bản mỏng này sẽ giao thoa với nhau, tạo thành những vân giao thoa cùngđộ dày định xứ ở ngay mặt trên của bản mỏng, tức là nằm tại mặt cong của thấu kínhphẳng – lồi L.

Do tính chất đối xứng của bản mỏng xung quanh trục OC nên những vân cực đạivà cực tiểu giao thoa đều có dạng là những vịng trịn sáng và tối xen kẽ nhau, có tâmnằm trên trục OC. Vì thế những vân giao thoa này được gọi là những vân tròn Newton.

- Những cực tiểu giao thoa (vân tối) nằm tại các vị trí ứng với độ dày d của bảnmỏng cho vân tròn Newton xác định bởi điều kiện:

Hình 1. 6. Vân trịn Newton

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

∆ L = L1 - L2 = (2k+1)❑2

- Nếu góc nghiêng i thỏa mãn điều kiện: ∆ L = L1 - L2 = k thì điểm giao nhaugiữa các tia sáng tại M sẽ là cực đại giao thoa.

-Nếu góc nghiêng i thỏa mãn điều kiện: ∆ L = L1 - L2 = (2k+1)❑

2 thì điểm giaonhau giữa các tia sáng tại M sẽ là cực tiểu giao thoa.

Hình 1. 7. Hiệu quang lộ của hai tia

</div>