LB-MIKE - учебный набор на основе интерферометра Майкельсона

Учебная система LB-MIKE предназначена для практического освоения методов интерферометрических измерений на основе классической схемы интерферометра Майкельсона. Интерферометр Майкельсона, благодаря своей высокой точности и изящной конструкции, остаётся одним из ключевых инструментов современной оптики. Данный набор позволяет студентам самостоятельно собрать рабочий интерферометр, провести серию измерений и углубить понимание волновой природы света.

Принцип работы системы

В основе системы лежит интерферометр Майкельсона, работающий по методу деления амплитуды. Лазерный пучок направляется на светоделительный куб, который разделяет его на два луча: опорный и измерительный. Опорный луч отражается от неподвижного зеркала и возвращается к светоделителю. Измерительный луч направляется на подвижное зеркало, отражается от него и также возвращается к светоделителю. После повторного прохождения через светоделитель оба луча накладываются друг на друга, формируя интерференционную картину на экране или матрице детектора.

Принципиальная схема интерферометра Майкельсона

Разность хода между двумя лучами определяется положением подвижного зеркала. При изменении длины измерительного плеча происходит сдвиг фаз между лучами, что приводит к изменению интерференционной картины: светлые и тёмные полосы перемещаются. Подсчитывая количество прошедших полос и зная длину волны источника, можно с высокой точностью измерять малые перемещения, изменения показателя преломления и другие физические величины.

Изменение интерференционной картины в зависимости от разности хода плеч интерферометра

Экспериментальные возможности системы

1. Базовые эксперименты с интерферометром Майкельсона. Сборка и юстировка интерферометра, получение устойчивой интерференционной картины, изучение влияния юстировки зеркал на вид полос.
2. Измерение длины волны лазерного источника. Путём точного перемещения подвижного зеркала и подсчёта числа интерференционных полос определяется длина волны излучения.
3. Измерение длины когерентности источника. С увеличением разности хода контраст интерференционных полос уменьшается. Измеряя разность хода, при котором полосы исчезают, определяется длина когерентности источника.
4. Измерение показателя преломления. В одно из плеч интерферометра помещается прозрачный образец (например, акриловая пластина). Изменение оптической длины пути при внесении образца вызывает сдвиг интерференционных полос, по которому рассчитывается показатель преломления материала.
5. Измерение коэффициента теплового расширения. При нагревании образца его длина изменяется, что приводит к дополнительному сдвигу интерференционных полос. Измеряя этот сдвиг и зная температуру, определяется коэффициент теплового расширения.

Система включает лазерный модуль, светоделительный куб, два отражающих зеркала, экран для наблюдения интерференционной картины, а также дополнительное оборудование для расширенных экспериментов: LED-источник, прозрачную акриловую пластину, нагревательный элемент и механические держатели. Все компоненты смонтированы на оптической плите с использованием стандартных стоек и держателей, что позволяет легко перестраивать схему.