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干涉怎样记录与量长

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Michelson:把条纹数变成长度

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为什么量长度时,稳定的谱线与精密移动的镜子同样重要?

  1. 选定谱线
  2. 两条光路
  3. 条纹计数与可见度
  4. 比对长度标准
这条链描述干涉计量,不复刻 Michelson–Morley 装置。

数出尺子分不开的变化

Michelson 在 1907 年讲稿中解释,改变光程会让条纹反复明暗交替。数这些周期,就能把机械位移与光波长比较。镜子往返光路的光程变化是镜子位移的两倍;把两者混用,长度就会错一倍。

测量连起了光源、光路和实物标准。只有交代波长与传播介质后,一条条纹才能对应确定的长度。

Δx=Nλ02n(fixed refractive index)\Delta x=\frac{N\lambda_0}{2n}\quad\text{(fixed refractive index)}

来源:[1]

一条谱线里也可能藏着几种频率

讲稿记下了对多种气体与金属蒸气辐射的筛选。谱线若太宽,或本来就是多线,光程差加大后条纹便不再清楚。红色镉谱线较适合拿来与米尺比较。

精密移动台因此还不够。光源谱形变化会抹淡或调制正在计数的条纹;可见度既限制量长,也能反过来揭示光谱结构。

来源:[1]

可见度比较明暗,而非只看亮度

理想双束实验把最亮与最暗强度的差,除以两者之和,定义为可见度。即使光源相干,两束功率不等、偏振不合或背景过亮,也会降低这个数。可见度低,不能唯一归因于谱线宽。

光源稳定时,可见度随光学延迟的变化能约束一阶相干。要把完整干涉图变成光谱,还需已知的延迟坐标、有限窗口处理和响应修正。一条条纹消失,提供的信息少得多。

V=Imax⁡−Imin⁡Imax⁡+Imin⁡\mathcal V=\frac{I_{\max}-I_{\min}}{I_{\max}+I_{\min}}

来源:[1]

重复得准,还没有解决全部误差

Michelson 比较了不同观察者在不同时间完成的测定,相符支持可复现性;折射率、热膨胀、对准和参考尺本身,仍决定准确度。那个历史结果也没有定义今天的国际单位制米。

1907 年奖表彰光学精密仪器及借此完成的研究。若只剩下以太漂移的零结果,讲稿实际展开的谱学与计量便被遮住了。

来源:[1][2]

分开检查两种失效

把讲稿中的长度标准比对与可见度讨论对照着读。进入干涉仪后,先固定光源只改位移,再固定几何只改相干性。条纹挪动与条纹消失,回答的是两种问题。

来源:[1]

来源与阅读说明

原讲稿采用 Columbia 托管版本;公式明确采用理想双束几何与固定折射率。

  1. A. A. Michelson, Recent advances in spectroscopy (1907), length standards and visibility

    核读 Columbia 托管讲稿的长度比对及条纹可见度部分,重点第 171–175 页;官方 PDF 返回 403。 阅读托管原稿

  2. Nobel Foundation, A. A. Michelson: facts and award motivation

    核读官方事实页,核对 1907 年表彰范围:精密仪器、光谱与计量。

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