用迈克尔逊干涉仪测气体浓度的方法
第１５卷第２期
２００２年６月出版大学物理实验ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＶ０１．１５Ｎｏ．２ｊｕｎ．２００２文章编号：ｌ００７—２９３４（２００２）０２一００２２一０３
用迈克尔逊干涉仪测气体浓度的方法
陈淑清
（燕山大学理学院，秦皇岛，０６６００４）
摘要：本文介绍用迈克尔逊干涉仪测量气体浓度的一种方法。
关键词：迈克尔逊干涉仪；光的干涉；气体浓度
中图分类号：０４３６．１文献标识码：Ａ
ｌ前言
光的干涉现象在科学研究与计量检测中有着广泛的应用。文献ＬｌＪ中就是应用光的干涉现象来测气体的浓度。本文对此略作改进应用迈克尔逊干涉仪来测气体浓度。改进后，无论是计算公式还是操作方法都更简便。图１是迈克尔逊干涉仪的示意图。白光源５发出的光线射在分光板Ｇｌ上而分成两条，分别由平面反射镜肘ｌ和肘２反射，向Ｅ处传播，这两条光线是相干光线，在一定条件下可形成干涉条纹。利用迈克尔逊干涉仪所形成的等倾干涉条纹，可以测量光的波长等物理量。利用迈克尔逊干涉仪所形成的等厚干涉条纹，可以测白光的相干长度等。本文介绍用迈克尔逊干涉仪利用白炽灯做光源所形成的等厚干涉条纹来测定气体浓度的～种方法。
２测量原理
如图所示，当Ｍ’，和吖２偏离相互平行状态，它们之间就形成一楔型空气层ｄ，当两相干光束的光程差满足相干条件时，就形成等厚干涉条纹，若以白炽灯做光源，因白光的相干长度很短，所以只能在ｄ＝Ｏ（肘７，和Ｍ２相交）的附近观察到对称的几条彩色条纹，中间的黑色条纹是等光程（△＝Ｏ）精确位置。利用这一特点可对气体的浓度进行测量。
当调出自光干涉条纹后，在迈克尔逊干涉仪的分光板Ｇ。与移动镜膨２之间放置以薄膜特制的宽度为Ｌ气室Ａ，当气室Ａ中分别充入空气，参照气体，待测气体时，由于折射率的变化使光程差发生变化，在肘２Ｇ。一臂上引入了附加的光程差△，因△远大于白光的相干长度，所以干涉条纹消失，仔细调节迈克尔逊干涉仪的微动手轮和微动螺丝，改变肘２到Ｇ。的距离，直到出现彩色的干涉条纹，分别记下动镜肘：位置读数ｄ，根据光程差△＝收稿日期：２００２一０３一０４—２２—
（儿２一厅。）Ｌ等公式推导出混合气体的折射率ｎ３
为
ｎ３：罢三一二二｛争（ｎ：一ｎ。）＋ｎ。ｊ：ｉｎ３２Ｌｎ：一ｎｉＪ＋ｎｌ（１）Ｌ１’
在压强为Ｐ，温度为ｃ条件下，式中ｎ，为空Ｍｌ…１ｄ
气的折射率，凡：为参照气体的折射率，乃，为混
合气体的折射率，设混合气体中所测气体的含Ｇ２Ｍ量为蠢，？∥∥
Ｇ－飞则厅ｓ＝志忍：＋（１’志）厅－
由（１）式和（２）式得夕“。７一一ｌｌ（２）
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ｒ㈥围１原理围由（３）式可以看出，只要测出气室中分别为空气，待测气体和混合气体，光程为零时膳：的位置读数ｄ，，ｄ：和ｄ，，也就浏得了待测气体的含量。由于气体的折射率随温度和压强的改变而改变＝设工ｌ为在２０℃，７６０ｍｍＨｇ压强下待测气体的含量，则在ｒ绝对温度，Ｐ压强下待测气体在空气中的真实含量戈为茗２历。了１ｌ
这种修正只在精确测量时应用。
３测量方法
３．１仔细调节迈克尔逊干涉仪的各调节鼓轮得到白光彩色于涉条纹后，将充人空气的气空Ａ置于迈克尔逊干涉仪的分光板Ｇ。与移动镜Ｍ２之间，彩色干涉条纹消失，仔细调节微调手轮和微动螺丝，在视场中重新出现彩色于涉条纹时记下读数ｄ，。
３．２将气室中的空气换成参照气体二氧化碳，转动微动手轮和微动螺丝，直到彩色干涉条纹又出现，记下动镜Ｍ２位置读数ｄ２。
３．３将气室中的空气换成空气和甲烷的混合气体，转动微动手轮和微动螺丝，直到彩色干涉条纹再次出现记下动镜｜’ｆ：位置读数ｄ３。在测量过程中为了消除误差可进行多次测７６０量。实验结果见表１：表中的数据是在压强为７６０咖ｇ，温度为１８℃测得。
表ｌ实验结果
４结论
用迈克尔逊干涉仪测量气体的浓度不失为一种有效可行的方法，具有一定的实用价一２３—
值。为了避免迈克尔逊干涉仪的微动手轮的空程引起测量值ｄ的误差，在测量过程中保证微动手轮的单向调节。因此，在测爨时应注意，先测折射率大的气体的ｄ值。结果表明用迈克尔逊干涉仪测量气体浓度精度｝乜很高，可作为学生进行迈克尔逊干涉仪实验的选作内容，能使学生开拓思路，更好地掌握于涉仪原理和使用技巧。
参考文献
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用迈克尔逊干涉仪测气体浓度的方法
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年，卷(期)：
被引用次数：陈淑清燕山大学理学院，秦皇岛，066004大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE2002,15(2)3次
参考文献(2条)
1. 李春萍 光干涉测气体浓度 1994
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引证文献(3条)
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引用本文格式：陈淑清 用迈克尔逊干涉仪测气体浓度的方法[期刊论文]-大学物理实验 2002(2)