实验十迈克尔逊干涉仪的调整与使用
光的干涉现象是光的波动性的一种表现．当一束光被分成两束，经过不同路径再相遇时，如果光程差小于该束光的相干长度，将会出现干涉现象．迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器．自1881年问世以来，迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验：否定“以太”的迈克尔逊—莫雷实验，光谱精细结构和利用光波波长标定长度单位．迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性．根据迈克尔逊干涉仪的基本原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域．
【实验目的】
1．了解迈克尔逊干涉仪的结构原理和调节方法；
2．观察非定域干涉、定域等倾干涉、等厚干涉及白光干涉现象；
3．测量光波波长，了解条纹可见度等概念的物理意义．
【实验原理】
1．迈克尔逊干涉仪的结构原理
迈克尔逊干涉仪的典型光路如图1所示．图中Μ1和Μ2是两面平面反射镜，分别装在相互垂直的两臂上．Μ1位置
固定而Μ2可通过精密丝杆沿臂长方向移动；Μ2倾角固定而Μ1的倾角可通过背面螺丝调节．G 1和G 2是两块完全相同的玻璃板，在G 1的后表面上镀有半
透明的银膜，能使入射光分为振幅相
等的反射光和透射光，称为分光板．G 1
和G 2与M 1和M 2成45℃角倾斜安装．由光源发出的光束，通过分光板G 1分成反射光束1和透射光束2，分别射向
M 2和M 1，并被反射回到G 1．由于两束
光是相干光，从而产生干涉．干涉仪
中G 2称为补偿板，是为了使光束2也同光束1一样地三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大(这对使用单色性不好的光源是必要的．
E
图1 迈克尔逊于涉仪的典型光路由于G 1银膜的反射，使在M 2附近形成M 1的一个虚象M 1＇．因此，光束1和光束2的干涉等效于由M 2和M 1＇之间空气薄膜产生的干涉．
2．等倾干涉(定域干涉
如图2所示，波长为λ的光束y 经间隔为d 的上下两平面M 2 和M 1＇反射，反射后的光束分别为y 1和y 2．
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设y 1经过的光程为l ，y 2经过的光程为l +Δl ，
Δl 即为这两束光的光程差（Δ l = BD AB +）
，如果入射角为θ，则
θΔcos 2d l =
当
λθΔk cos d l ==2时，为亮纹
2122λθΔ k (cos d l +==时，为暗纹其中k 为整数，称干涉级序数，与某条干涉条纹对应．
M 1＇、M 2上下表面平行时，可以观察到明暗相间的圆形条纹，这种干涉叫等倾干涉．M 2镜每移动增加或减少λ / 2距离，视场中心就吐出一个环纹或吞进一个环纹．视场中干涉条纹变化或移过的数目ΔN 与M 2移动距离Δd 间的关系是：
Δd = ΔN × λ / 2 （1）
上式表明，已知M 2移动的距离，并记录ΔN ，就可确定光的波长．
观察干涉圆环的环心，如增大d ，k
也增大，环心的级次也增大，环心不断吐出环纹，
（a）
（b）
图3 干涉条纹
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环纹增多变密；如减小d ，则发生相反的情景，环心不断吞进环纹，条纹减少变疏（见图3（a））．
如果M 1＇和M 2不平行，这时就能观察到等厚直条纹（有时微有弯曲，见图3（b ））．当由双单色波组成的光源(或是由一定波长范围的实际光源发出的光束入射至迈克尔
逊干涉仪时，观测到的干涉条纹随光程差的变化（变动M 2的位置）
，干涉条纹的视见度将发生周期性的变化．若光源包含两种波长接近的光
λ1，λ2，如满足
12λk d =，干涉条纹为亮纹
222
2λλ+=k d ，干涉条纹为暗纹
21
221
2=?λλd d
（2）则λ1的亮纹与λ2的暗纹相互叠加，视场模糊．
当d 改变为d ＇，并满足
1' 2λk d ′=，干涉条纹为亮纹
22' 2λλ+′=k d ，干涉条纹为亮纹
视场中条纹变得清晰．
当d ＇改变为d ′′，并满足
12λk d ′′=′′，干涉条纹为亮纹
2322
2λλ+′′=′′k d ，干涉条纹为暗纹
23
221
2=′′?′
′λλd d
（3）视场中条纹又变得模糊．这样视场中的条纹由模糊到清晰又到模糊．由式（3）-（2）得
1 11
(21
2=?Δλλd
（
4）其中d d d ?′′=Δ，因为λ1，λ2 接近，λ1λ2 = λ 2，
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d Δ2 (221λλλλΔ=?= （5）
由上式可知，如测出相邻两次条纹模糊时M 2的
移动距离Δd 则可得到双单色波的波长差Δλ．
3．非定域干涉
如图4所示，一个点光源S 发出的光束经干涉仪
M 1＇和M 2反射后，相当于由两个虚光源S 1和S 2发出
的相干光束，S 1和S 2间的距离为M 1＇
和M 2间距两倍，将观察屏放入光场叠加区的任何位置处，都可观察
到干涉条纹，这种条纹称为非定域干涉条纹．
【实验仪器】 WSM -100型迈克尔逊干涉仪、钠灯、毛玻璃屏、CCD 、透镜、计算机系统、激光器、扩束镜、白炽灯．
【实验内容】
1．调整迈克尔逊干涉仪观察等倾干涉条纹
在钠光灯管前覆盖一毛玻璃片，即成为扩展面光源．先移动M 1使之与M 2离G 1的距离大致相等，然后将一小孔板覆在毛玻璃上，形成点光源，并使小孔与G 1等高，此时在E 处可观察到分别被M 1与M 2及G 1反射的光点像．当微动M 1背后的螺丝时，可发现某一亮点随之移动，旋动不同的螺丝，可使亮点向不同方向移动．只要使两个最亮的像点在视场中心的位置完全重合，就说明M 1与M 2已接近严格平行．此时取下小孔板，一般即可观察到干涉条纹．若看不到条纹或条纹非常模糊，则可再稍许改变一下M 2的位置，甚至重新放上小孔板，再检查两个亮点的重合情形，直至能观察到干涉条纹为止．
若发现干涉条纹不是同心圆环或条纹的圆心不在视场中央，则还需仔细微调M 1背面的螺丝(动作必须极其轻缓，以获得同心圆环状条纹．当观察眼睛上下、左右移动时，如果条纹出现“吞”、“吐”等现象，则还必须进一步细调水平拉簧螺丝或垂直拉簧螺丝，直至条纹的“吞”、“吐”变化基本消失并与视场中心对称为止．这时M 1与M 2严格平行，呈现出典型的等倾干涉条纹．
在E 处放置透镜和CCD ，仔细调节透镜和CCD 的位置，直到计算机屏幕上出现清晰的等倾干涉条纹．
2．测定钠光的波长
观察到等倾干涉条纹后，移动M 2的位置，可观察到干涉条纹从圆环中心“吞”入或“吐”出现象，记录与干涉条纹“吞”入或“吐”出50条(ΔN = 50相对应的Δd 值，
至少测六次以上．根据(1式用逐差法计算钠光灯光波波长的实验值．(数据表格自拟．
3．测定钠双线（D 1，D 2）的波长差
移动M 2的位置，测出相邻两次条纹模糊时M 2的移动距离Δd ，重复3次，取其平均，依据（5）式计算钠双线的波长差Δλ．
4．观察非定域干涉现象
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调节激光器出射激光的方位，使激光束垂直照射到G 1上，在E 处用毛玻璃屏接收，可观察到分别被M 1与M 2及G 1反射的激光斑，当微动M 1背后的螺丝时，可发现某一亮点随之移动，旋动不同的螺丝，可使亮点向不同方向移动．只要使两个最亮的像点在视场中心的位置完全重合，就说明M 1与M 2已接近严格平行．
用扩束镜扩展激光束，即在毛玻璃屏上可观察到弧形条纹，仔细微调M 1背面的螺丝（动作必须极其轻缓），以获得同心圆环状条纹．移动M 2的位置，可观察到干涉条纹从圆环中心“吞”入或“吐”出现象．
5．观察白光干涉现象
移动M 2的位置，使干涉条纹变疏，变粗．当毛玻璃屏上只剩下极少数圆环时，微调M 1背面的一个螺丝，使M 1与M 2形成一个很小的角度，干涉圆环变成弧形条纹，
缓慢移动M 2的位置，当弧形条纹的曲率半径的方向发生变化（凸变凹）时，即为d = 0附近，此时换上白光光源，继续缓慢移动M 2的位置，直到视场中出现彩色条纹．
【注意事项】
1．不能用手触摸各光学元件．
2．调节M 1背后的螺丝和微调螺钉时均应缓缓旋转．
3．不要让激光直射入眼．
【思考题】
1．试根据迈克尔逊干涉仪的光路，说明各光学元件的作用，并简要叙述调出等倾干涉、等厚干涉和白光干涉条纹的条件及程序．
2．如何利用干涉条纹“吞”、“吐”现象，测定单色光的波长?
3．在根据干涉条纹视见度周期变化的规律测定钠双线波长差的方法中，你是如何理解视见度的变化规律？
4．试总结迈克尔逊尔涉仪的调整要点及规律．
5．在观测等倾干涉条纹，使M 1与M 2逐渐接近时，干涉条纹将越来越疏，试描述并说明在零光程处所观察到的现象．
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迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。 关键词： 迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率； 一、引言 【实验背景】 迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹，主要用于长度和折射率的测量。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具； 它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。 【实验目的】 1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法； 2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律； 3．测量空气的折射率。 【实验原理】 （一） 迈克尔逊干涉仪 1M 、2M 是一对平面反射镜，1G 、2G 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，1G 称 为分光板，在其表面 A 镀有半反射半透射膜，2G 称为补偿片，与1G 平行。 当光照到1G 上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到1M ，经1M 反射后，透过2G ，在1G 的半透膜上反射到达E ；反射光2射到2M ，经2M 反射后，透过1G 射向E 。两束光在玻璃中的 光程相等。当观察者从E 处向1G 看去时，除直接看到2M 外还可以看到1M 的像1 M 。于是1、2
实验7 迈克尔逊干涉仪的调整和使用 【实验目的】 1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法。 2. 观察等倾干涉，等厚干涉的条纹，并能区别定域干涉和非定域干涉。 3. 测定He-Ne 激光的波长。 【实验仪器】 迈克耳逊干涉仪、多光束激光器、叉丝、毛玻璃屏 【预习要求】 1. 叙述非定域干涉和定域干涉特点及观察方法 2.制定观察和测量步骤 【研究内容与方法】 1. 观察非定域干涉条纹并测量光波波长 (1)非定域干涉条纹的调节： 为了获得肉眼直接可观察得到的干涉条纹，要求两束相干光的传播方向夹角必须很小，几乎是共线传播。为此，作如下调节：在He —Ne 激光器前设一小孔光阑，使激光束通过小孔，并经过分光板1G 中心透射到反射镜2M 中心上。然后调节2M 后面三个螺丝，使光点反射像返回到光阑上并与小孔重合。再调从1G 后表面反射到1M 的光束，调节1M 后面三个螺丝，使其反射光到达1G 后表面时恰好与2M 的反射光相遇(两光点完全重合)，同时两反射光 在光阑的小孔处也完全重合。这样1M 和2M 就基本上垂直即1M 和2 M '互相平行了。 去掉光阑，该处放一短焦距的透镜，使激光束会聚成一点光源，这时在屏上就可以看到 干涉条纹了，再仔细调节2M 的两个微调拉簧螺钉，使1M 和2 M '严格平行，则在屏上就可看到非定域的圆条纹。 转动手轮使1M 在导轨上移动，观察条纹变化情况。并体会非定域的含义。 (2)测量He —Ne 激光的波长 利用非定域的干涉条纹测定波长。移动1M 以改变d ，记下“冒”出或“缩”进的条纹数N ?，可每累进50条读取一次数据，连续取10个数据，利用(2)式即可算出λ（参见阅读材料）。 表1 波长测量数据记录与处理表
迈克耳逊干涉仪 一.实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法； 2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。 二.实验仪器 迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。 三.实验原理 迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E （或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。
如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M′2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M′2之间的距离为d，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1与M′2平行，则各处d相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d增加则中心“冒出”一个条纹，反之d减小则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系 根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。 钠黄双线的精细结构测量原理简介： 干涉条纹可见度定义为：当，时V=1， 此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。 从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差 为，且由关系算出谱线的精细结构。 四.实验结果计与分析 次数初读数 d1（mm） 末读数 d2（mm） △ d=|d1-d2| (mm) (nm)(nm ) 137.7247937.754420.02963592.6592.6
迈克尔逊干涉实验 无非2班袁鹏 一实验目的 1、学习按一定原理自行组装仪器的技能，通过自行组装迈克尔逊干涉仪学 习光路的调整。 2、学习在组装的迈克尔逊干涉仪上开拓应用的技能。 3、在组装的迈克尔逊干涉仪上进行压电晶片电致伸缩效应的观测。粗略测 出压电晶片的压电系数。 二实验原理 1、迈克尔逊干涉仪的原理。 迈克尔逊干涉仪是应用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器，仪器的光学 系统由两个平面反射镜M 1和M 2 及两块材质相同、厚度相等的平行平面玻璃板G 1 和G2所组成，如上图所示。从光源S发出的光，射到分光板G1上，分光板G1后表面有半反射膜，将一束光分解成两束光；一束为反射光（1），另一束为透射光（2）,他们的强度近似相等。由于G1与M1、M2均成45度角，所以两束光都垂直的射到M1和M2，并经反射后回到G1上的半反射膜，再在观察处E相遇。因为光束（1）、（2）是相干光，若仪器调整得当，便可在E处观察到干涉图样。
G2为补偿板，其物理性能和几何形状与G1相同，它的作用是为了补偿光束（2）的光程，使光束（1）和光束（2）在玻璃中的光程完全相等。 2、干涉条纹的形成。 由于半反射膜实质上是一块反射镜，它使M2在M1附近形成一个虚像M'2。由 于是从观察处E看到的两束光好像是从M 1和M' 2 射来的，故可将M' 2 看成一个虚 平面。因M' 2不是实物，它的表面和M 1 的表面所夹的空气薄膜可以任意调节。如 使M 1、M' 2 平行则形成等厚的空气薄膜，产生等倾干涉；若不平行则形成空气劈 尖，形成等厚干涉。从而在实验过程中可以观察到不同的干涉图样。 （1）等倾干涉使M 2垂直M 1 （即M 1 平行M'2），S又为面光源时，这就相 当于空气平面板所产生的等倾干涉。自M 1和M 2 反射后两光束的光程差（如果光 束（1）、（2）在半反射膜上反射时无附加光程差）为i d cos 2 = ?，式中ｄ为M1 和M' 2间的距离，即为空气膜厚度。i为入射光M 1 、M' 2 镜表面的入射角。由上式 可知，当d一定时，光程差只决定于入射角。面光源上具有相同倾角i的所有光束的光程差?也相同，它们在干涉区域里将形成同一条干涉条纹，这种干涉即为等倾干涉。对应不同入射角的光束光程差不相同，形成不同级次的干涉条纹，便得到一组明暗相间的同心圆环，条纹定域在无穷远处，在E处直接用眼睛就可以观察到等倾干涉的同心圆环。 （2）等厚干涉当M 1、M' 2 相距很近，并把M' 2 调成与M 1 相交呈很小的角 度时，就形成一空气劈尖。在劈尖很薄的情况下，从E处便可看到等厚干涉条纹。这时，两相干光程差仍可近似的表示为i d cos 2 = ?，在M1和M'2的交线处的直线纹称为中央条纹。在交线上，d=0，光程差?为零，条纹为一条直线；在交线附近d很小，i的变化可以忽略，即cosi视为常数，条纹为一组近似与中央条纹平行的等间距的直条纹，可视为等厚条纹；离交线较远处d变大，光程差?的改变，除了与膜厚度d有关外，还受i角的影响，cosi的影响不能忽略。实际上i 很小，i d cos 2 = ?≈2d(1-i2/2)，条纹发生弯曲。 三实验仪器 防振台氦氖激光光源凸透镜可变光栏直尺光屏分束镜反射镜支架压电晶片等
实验目的： 1）学会使用迈克尔逊干涉仪 2）观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。 实验仪器： 氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏 实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理： 迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源S 出发的光经过称。45放置的背面镀银的半透玻璃板1P 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光 路1通过1M 镜反射并再次通过1P 照射在观察平 面E 上，光路2通过厚度、折射率与1P 相同的玻 璃板2P 后由2M 镜反射再次通过2P 并由1P 背面 的反射层反射照射在观察平面E 上。图中平行于1M 的'2M 是2M 经1P 反射所成的虚像，即1P 到2M 与1P 到'2M 的光程距离相等，故从1P 到2M 的光路可用1P 到'2M 等价替代。这样可以认为1M 与'2M 之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动1M 完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M 镜或2M 镜的角度实现。当1M 与' 2M 平行时可以在观察平面E 处观察到等倾干涉现象，当1M 与'2M 有一定的夹角时可以在观察平面E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理： 由等倾干涉条纹的特点，当θ =0 时的光程差δ 最大，即圆心所对应的干
涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心“冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐 缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与M ’之间距离 变化了半个波长。 若将 M 与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干涉环变化，则△d =N 由此可测单色光的波长。 3：钠光双线波长差的测定： 在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到随着动镜1M 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为： 实验内容与数据处理： （1）观察非定域干涉条纹 1）通过粗调手轮打开激光光源，调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜2M 入射，取掉投影屏E ，可以看到两排激光点 2）粗调手轮移动1M 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3）调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使两排激光点重合为一排，并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏E ，就可以看到干涉条纹。 4）仔细调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使1M 与' 2M 平行，这时在屏上可以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5）转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差改变的变化情况。
迈克尔逊干涉实验 实验前请认真阅读本要点： （1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。 测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。 注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。 仿真实验位于： 桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验（第二部分），其中 大学物理仿真实验（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。 （2）实验内容 1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。 2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规范记录实验数据及已知参数等。 3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。 4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。 （3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记
环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。 （4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。（一些问题详见附录4 疑难解答） 测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。 测量固体试件的线膨胀系数的同学还要掌握如何正确进行控温（详见38的实验内容1）。 （5）测波长的同学（后十位同学）需每冒出（或缩进）50环，读一次 M镜 1 的位置，至少连续测8组，将数据填入表格，并观察其实验现象。 测线膨胀系数的同学（前十位同学）可以采用按升高（降低）一定的温度（例如2℃）测量试件伸长量的方法(采用逐差法)进行测量，要求连续测量8组；也可以采用按试件一定的伸长量（例如由20个干涉环变化算出的光程差），测出所需升高（降低）温度的方法进行测量，要求连续测量8组。 注：测波长或测线膨胀系数只需做其中之一，但两个实验都需要掌握；请注意数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)）。 （6）将所测量数据输入相应的数据处理文件（位于F盘，共有迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)三个文件），不要关闭文件，让老师检查数据是否合格。 （7）数据合格后重新用新报告纸按要求记录所测数据（并记录其标准值或
迈克尔逊干涉仪（实验报告） 一、实验目的 1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。 2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定He-Ne 激光波长 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。 （图一） （图二） 三、实验原理 ①用He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板P1和P2上后就将光分成了两束分别射到M1 和M2 上，反射后通过P1 、P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。 ②产生干涉条纹的条件，如图2 所示，B 、C 是两个相干点光源，则到A 点的光程差δ =AB-AC=BCcosi , 若在A 点出产生了亮条纹，则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数) ，因为i 和k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ =2 Δ d/ Δ k? 。 四、实验步骤 1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。 2、调节M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。 3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在P1分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复2 、3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。 4、微调M2是干涉图案处于显示屏的中间。 5、转动微量读数鼓轮，使M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进30 次则记一次数据，共记录10 次数据即d0、d1 (9) 6、关闭激光电源，整理仪器，处理数据。 五、实验数据处理 数据记录： 数据处理： Δd0=d5-d0=0.05202mm??????? Δd1=d6-d1=0.05225mm Δd2=d7-d2=0.04077mm??????? Δd3=d8-d3=0.04077mm Δd4=d9-d4=0.05071mm Δd(平均）=（Δd0+Δd1+Δd2+Δd3+Δd4）/5 =0.047304mm
迈克尔逊干涉仪实验报告 Final approval draft on November 22, 2020
迈克尔逊干涉仪（实验报告） 一、实验目的 1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。 2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定 He-Ne 激光波长 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。 （图一） （图二） 三、实验原理 ①用 He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板P1和 P2上后就将光分成了两束分别射到 M1 和 M2 上，反射后通过 P1 、 P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。 ②产生干涉条纹的条件，如图 2 所示， B 、 C 是两个相干点光源，则到 A 点的光程差δ =AB-AC=BCcosi , 若在 A 点出产生了亮条纹，则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数 ) ，因为 i 和 k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ =2 Δ d/ Δ k 。 四、实验步骤 1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜 P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。 2、调节 M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。 3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在 P1分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复 2 、 3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。 4、微调 M2是干涉图案处于显示屏的中间。 5、转动微量读数鼓轮，使 M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数 d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进 30 次则记一次数据，共记录10 次数据即 d0、 d1 (9) 6、关闭激光电源，整理仪器，处理数据。 五、实验数据处理 数据记录： 数据处理： Δd0=d5-d0= Δd1=d6-d1= Δd2=d7-d2= Δd3=d8-d3= Δd4=d9-d4= Δd(平均）=（Δd0+Δd1+Δd2+Δd3+Δd4）/5 =
迈克尔逊干涉仪的调节和使用 迈克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅双光束干涉装置，可以用来研究多种干涉现象，并进行较精密的测量。其在近代物理和近代计量技术中有着重要的应用，如测量标准长度等。从迈克尔逊干涉仪发展而成的各种干涉仪（如泰曼干涉仪），在制造精密光学仪器的工作中应用得相当广泛。 【实验目的】 1．了解迈克尔逊干涉仪的构造，并学会该仪器的调节与使用。 2．用迈克尔逊干涉仪测定钠光的波长。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪、钠灯及其电源、叉丝。 【实验原理】 1．仪器构造简介 实验室中最常用的迈克耳逊干涉仪，其原理图和结构图如图1和图2所示。M 1和M 2 是在相互垂直的 图1 图2 两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺旋，用来调节镜面的方位；M2是固定的，M1由精密丝杆控制，可沿臂轴前后移动，其移动距离由转盘读出。仪器前方粗动手轮分度值为10-2mm，右侧微动手轮的分度值为10-4mm，可估读至10-5mm，两个读数手轮属于蜗轮蜗杆传动系统。在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成45o的平行平面玻璃板P 1 ，且在P1的第二平面上镀以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射 光2，故P 1板又称为分光板。P 2 也是一平行平面玻璃板，与P1平行放置，厚度和折射率均
与P 1相同。由于它补偿了1与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，到达分光板P 1后被分成两部分。反射光1在P 1处反射后向着M 1前进；透射光2透过P 1后向着M 2前进。这两列光波分别在M 1、M 2上反射后沿着各自的入射方向返回，最后都到达E 处。既然这两列光波来自光源上同一点O ，因而是相干光，在E 处的观察者能看到干涉图样。 由于从M 2返回的光线在分光板P 1的第二面上反射，使M 2在M 1附近形成一平行于M 1 的虚像M?2，因而光在迈克耳逊干涉仪中自M 1和M 2的反射，相当于自M 1和M?2的反射。由此可见，在迈克耳逊干涉仪中所产生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。 2．实验原理 当M 1和M?2严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。所有倾角为i 的入射光束，由M 1和M?2反射光线的光程差Δ均为 2cos d i ?= （1） 式中i 为光线在M 1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，并定位于无限远。这时，在图1中的E 处，放一会聚透镜，在其焦平面上（或用眼在E 处正对P 1观察），便可观察到一组明暗相间的同心圆纹。这些条纹的特点是： 干涉条纹的级次以中心为最高。在干涉纹中心，因i =0，由圆纹中心出现亮点的条件 2d k λ?== （2） 得圆心处干涉条纹的级次 2d k λ = （3） 当M 1和M ′2的间距d 逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如第k 级，必定以以其 cos k i 的值来满足2cos k d i k λ=，故该干涉条纹向k i 变大（cos k i 变小）的方向移动，即向外扩展。这时，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/2λ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，间距的改变亦为/2λ。 因此，只要数出涌出或陷入的条纹数，即可得到平面镜M 1以波长λ为单位的移动距离。显然，若有N 个条纹从中心涌出时，则表明M 1相对于M′2移远了 2d N λ ?= （4） 反之，若有N 个条纹陷入时，则表明M 1和M?2移近了同样的距离。根据（4）式，如果已知光波的波长λ，便可由条纹变动的数目，计算出M 1移动的距离和干涉条纹变动的数目，便可算出光波的波长。 2d N λ?= 本次实验每组测量N 取50个条纹的“涌出”或“陷入”，并在迈氏干涉仪上读出12 ,d d ，便 可知d ?的值，则 2 2410 50 d d λ-= ?=???mm 4 410d =???nm 【注意事项】 ①该仪器很精密，各镜面必须保持清洁，切忌用手触摸光学面，精密丝杆和导轨的精度也是很高的，操作时要轻调慢拧。 ②为了使测量结果正确，必须消除螺距差（回程误差），也就是说，在测量前，应将微动手轮按某一方向（例如顺时针方向）旋转几圈，直到干涉条纹开始移动以后，才可开始读数测量（测量时仍按原方向转动）。 ③做完实验后，要把各微动螺丝恢复到放松状态。
迈克尔逊干涉仪实验与最佳测量区间的分析 摘要：用迈克尔逊干涉仪能观察到等倾干涉、等厚干涉条纹和白光干涉的彩色条纹。产生等倾干涉与等厚干涉不仅与M 1与2'M 之间的夹角α有关，还受其间空气 层厚度d 的影响。在测H e-N e 激光波长时，通过分析，在一定的测量区间内，测得的波长误差较小。本文主要对等倾干涉等厚干涉所遇到的现象、特点及仪器的调节图像的判断进行分析，接着分析白光干涉现象中央条纹的亮暗，最后对测波长的最佳区间分析，并经过实验得出最佳测量范围。 关键词：迈克尔逊干涉仪 等倾干涉 等厚干涉 白光干涉 最佳测量区间 Michelson interferometer experiment with the best measurement interval analysis Abstract: Such dumping intervention, uniform thickness interference, white stripe and color interference fringes as can be observed in the Michelson interferometer. Inclined to interfere in the formation and the thickness intervention with the M 1 and 2'M the angle, which is also affected by the air layer thickness d effects. The He – Ne laser wavelength measurement, after analysis, in a certain interval measurement, the measurement error of wavelength is smaller. In this paper, such as the dumping of interference encountered thick interference phenomena, characteristics and the regulatory apparatus judgment image analysis then analyzes white interference fringes of the central-darkness, in the final test ,after the best wavelength interval analysis, we carry out some experiments and make out the best measurement range Key words: Michelson interferometer dumping intervention uniform thickness interference the white light interference best sampling interval
学生物理实验报告 实验名称迈克尔逊干涉仪的使用 学院专业班级报告人学号 同组人学号 同组人学号 同组人学号 理论课任课教师 实验课指导教师 实验日期 报告日期 实验成绩 批改日期
实验仪器 迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器。 G 处的观察者就能
光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反射相当于自M２和M１′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。 当M２和M１′平行时(此时M１和M２严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。一般情况下，M１和M２形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。 2．单色光波长的测定 用波长为λ的单色光照明时，迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M２和M１反射的两列相干光波的光程差为 Δ＝2dcos i (1) 其中i为反射光⑴在平面镜M２上的入射角。对于第k条纹，则有 2dcos iｋ＝k λ (2) 当M２和M１′的间距d逐渐增大时，对任一级干涉条纹，例如k级，必定是以减少cosiｋ的值来满足式(2)的，故该干涉条纹间距向iｋ变大(cos iｋ值变小)的方向移动，即向外扩展。这时，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λ/2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，间距的改变亦为λ/2。 因此，当M2镜移动时，若有N个条纹陷入中心，则表明M２相对于M１移近了 Δd＝N (3) 反之，若有N个条纹从中心涌出来时，则表明M２相对于M１移远了同样的距离。 如果精确地测出M２移动的距离Δd，则可由式(3)计算出入射光波的波长。 3．测量钠光的双线波长差Δλ 钠光2条强谱线的波长分别为λ１＝589.0 nm和λ２＝589.6 nm，移动M２，当光程差满足两列光波⑴和⑵的光程差恰为λ１的整数倍，而同时又为λ２的半整数倍，即 Δk１λ１＝(k２＋)λ２ 这时λ１光波生成亮环的地方，恰好是λ２光波生成暗环的地方。如果两列光波的强度相等，则在此处干涉条纹的视见度应为零(即条纹消失)。那么干涉场中相邻的2次视见度为零时，光程差的变化应为 ΔL＝kλ１＝(k＋1)λ２(k为一较大整数) 由此得 λ１－λ２＝＝ 于是 Δλ=λ１－λ２＝＝ 式中λ为λ１、λ２的平均波长。 对于视场中心来说，设M２镜在相继2次视见度为零时移动距离为Δd，则光程差的变化ΔL应等于2Δd，所以 Δλ＝(4) 对钠光＝589.3 nm，如果测出在相继2次视见度最小时，M２镜移动的距离Δd ,就可以由式(4)求得钠光D双线的波长差。 4.点光源的非定域干涉现象 激光器发出的光，经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源，经G１(G１未画)、M１、M２′
“迈克尔逊干涉仪”实验报告 【引言】 迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊(A.A.Michelson)发明的。1887年迈克尔逊和莫雷(Morley)否定了“以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。迈克尔逊用镉红光波长作为干涉仪光源来测量标准米尺的长度，建立了以光波长为基准的绝对长度标准，即1m=1 553 164．13个镉红线的波长。在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。 因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。 【实验目的】 （1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。 （2）测量光波的波长和钠双线波长差。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、钠光灯、扩束镜 【实验原理】 1.迈克尔逊干涉仪结构原理 图1是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源 S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半 透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。 反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1 和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射 膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区 域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可 发生干涉现象。 G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有 相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干 涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。
实验要点 实验前请认真阅读本要点： （1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。 测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。 注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。 仿真实验位于： 桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验v2.0（第二部分），其中 大学物理仿真实验v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版v2.0（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。 （2）实验内容 1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。 2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规范记录实验数据及已知参数等。 3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。 4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。 （3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。
（4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。（一些问题详见附录4 疑难解答） 测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。 测量固体试件的线膨胀系数的同学还要掌握如何正确进行控温（详见38的实验内容1）。 （5）测波长的同学（后十位同学）需每冒出（或缩进）50环，读一次 M镜 1 的位置，至少连续测8组，将数据填入表格，并观察其实验现象。 测线膨胀系数的同学（前十位同学）可以采用按升高（降低）一定的温度（例如2℃）测量试件伸长量的方法(采用逐差法)进行测量，要求连续测量8组；也可以采用按试件一定的伸长量（例如由20个干涉环变化算出的光程差），测出所需升高（降低）温度的方法进行测量，要求连续测量8组。 注：测波长或测线膨胀系数只需做其中之一，但两个实验都需要掌握；请注意数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)）。 （6）将所测量数据输入相应的数据处理文件（位于F盘，共有迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)三个文件），不要关闭文件，让老师检查数据是否合格。 （7）数据合格后重新用新报告纸按要求记录所测数据（并记录其标准值或参考值，详见附录1 数据记录要求），将原始数据与仪器使用登记本一并让老师签字，并了解如何处理所测数据（详见附录 2 数据处理要求）及逐差法相关知识（附录3 逐差法处理实验数据）； （8）在预习报告后根据实际实验加上实验内容、实验步骤； （9）重新对仪器进行调节，熟悉调节要点，并观察相应的实验现象，掌握迈克尔逊干涉仪及线膨胀系数测定仪的调节与使用； （10）掌握迈克尔逊干涉仪仿真实验的使用，并利用其进行复习及进行实验，
迈克尔逊干涉仪的调节和使用 教学目的 1、了解光的干涉花样形成的原理，能区别等倾干涉和等厚干涉； 2、学会使用迈克尔逊干涉仪，并能用其测量激光的波长； 3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。 重难点重点：迈克尔逊干涉仪的调整和使用 难点：1）干涉花样形成的原理；2）白光干涉图样的调节 教学方法讲授与演示相结合 学时 3学时 一、实验简介 光的干涉是重要的光学现象之一，是光的波动性的重要实验依据。两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象，即光的干涉现象。相干光源的获取除用激光外，在实验室中一般是将同一光源采用分波阵面或分振幅两种方法获得，并使其在空间经不同路径后会合产生干涉。根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式，可以测出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等，因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。 的光学干涉仪器进行实验，精确地测量微小 “长度”，否定了“以太”的存在，这个著 名实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道 路，1907年获诺贝尔奖。迈克尔逊干涉仪原 理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典 范。随着对仪器的不断改进，还能用于光谱 线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺 等实验。目前，根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产生活和科技领域。如观察干涉现象，研究许多物理因素（如温度、压强、电场、磁场等）对光传播的影响，测波长、测折射率等。 二、实验目的
1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理； 2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法； 3、观察等倾干涉条纹，测量H e N e -激光的波长； 4、了解钠光、白光干涉花样的特点。 在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉等效于 膜'12 ,M M 的薄膜干涉。两束光的光程差为： 2cos d i k δλ== （一）1、1M 和'2M 严格平行——等倾干涉 条纹特点：1）明暗相间的同心圆纹，条纹定域在 无穷远（需用会聚透镜成像在光屏上）； 2）中心级次最高，2k d λ=； 3）d 增大，条纹从中心向外“涌出”， d 减小，条纹向中心“陷入”，每“涌出” 或“陷入”一个条纹，间距的改变为2 λ ，“涌出”和“陷入”的交接点为0d =情况（无条纹）。 4）干涉条纹的分布是中心宽边缘窄，d 增大条纹变窄 12k k k k i i i di λ-?=-≈（,k d i 增加时条纹变窄） 2、1M 和'2M 有一很小的夹角——等厚干涉 ()2 2cos 212d i d i ?=≈- 1）当入射角也较小时为等厚干涉，条纹定域在薄膜表面附近； 2）在两镜面交线附近处，d 较小，i 的影响可以略去，干涉条纹是一组平行于1M 和 125－ —图三、实验原理 d 变化时，等倾干涉条纹的变化特征
迈克尔逊干涉仪的调节与使用 【实验目的】 1学习精密干涉仪的调节与使用。 2 ?观察等倾干涉条纹，加深对干涉理论的理解。 3.学习一种测量光波长的方法。 【实验原理】 干涉仪是根据光的干涉原理制成的。迈克尔逊干涉仪是近代许多干涉仪的典型，用它 可以来测量光波波长和微小长度，检查透镜和棱镜的光学性质，测量各种物镜的像差等。它 在近代物理和近代测量技术中应用甚为广泛。图4-14-1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图。自光源发出的光线，被分光板G i后表面的半透膜分成光强近似相等的两束：反射光（1）和透射光（2）。由于G i与平面镜M i、M2均成45°角，所以，反射光（1）在近于垂直地入射到平面反光镜M i后，经反射又沿原路返回，透过G i到达E处。透射光（2）在透过补偿板G2后，近于垂直地入射到平面镜M2上，经反射又沿原路返回，在分光板后表面反射后向 E 处传播，与光线（i）相遇后形成干涉。 i.等倾干涉图样 当迈克尔逊干涉仪的两个平面镜M i和M2严格垂直，即当M i和M2 （M2经G i膜面反射的像）严格平行时，所得干涉为等倾干涉，其条纹在无限远处。若在E处放置凸透镜，则条纹成像在透镜焦平面上。当M i与M2相距为d，单色光波长为入，光对平面镜的入射角为i 时，等倾干涉图样中的第k级亮条纹满足 2dcoS k=k 入（4-i4-i） 等倾干涉条纹的形状决定于平面镜法线与观察方向的夹角。当此夹角为零时，干涉条纹是一组同心圆，如图4-i4-2所示。同一条纹上的不同点处所对应的入射角i相同，就是入射光线对平面镜的倾角相等，所以这样的干涉条纹叫做等倾干涉条纹。由公式（4-i4-i）可见， i k 越大，即条纹角半径越大，条纹级次k越小。也就是说中央条纹的级次高于外围的条纹级次，中心条纹级次最高。 实验中当M i与M M2平行，M i与M M2的间隔d逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如k 级，它必以减少其cosi k值来保证满足2dcosi k=k入，故该干涉条纹向i k变大（cosi k变小）的方向移动，即向外扩展，中心条纹向外“涌出”。且每当间隔d增加入/2时，中心条纹向外“涌 出”一个。反之，当间隔d由大变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地陷人中心，且每当陷入一个条纹，间隔的改变亦必为入/2。因而当数出“涌出”或“陷入”的中心条纹数目时，即可得到平面镜M i以半波长为单位移动的距离。显然，如果有N个条纹从中心“涌出”或“陷入” 时，贝U表明M i与M2的距离改变量△ d为 图4-i4-i 迈克尔逊干涉仪原理图图4-i4-2 等倾干涉条纹
精密干涉仪设计与组装 引言 根据麦克斯韦的电磁理论，光是一种电磁波，具有干涉、衍射和偏振等特性。行进的光波是电磁扰动在空间的传播，当空间的两束光波在某一区域相遇时,它们相互叠加，当满足相干条件时，可以观察到光的干涉现象，一般情况下是不满足相干条件的。 产生光干涉的三个必要条件（也就是相干条件）是：频率相同；（2）存在相互平行的振动分量；（3）位相差恒定。满足这些条件的光波称为相干光，产生相干光的光源称为相干光源。 两相干光源所发出的相干光波经过不同的光程在空间某点相遇而干涉，若它们的初位相相同，则它们在相遇点的位相差??与光程δ之间满足关系π?λδ2//?=，干涉极大为 ,....1,0,2=±=?k k π?；干涉极小条件为,....1,0,)12(=+±=?k k π?。 托马斯﹒杨是第一个观察到光的干涉现象的人，他的实验设计是这样的：用单色强光源照射狭缝S ，S 作为线光源再照射另外两个平行小狭缝S 1和S 2。S 与S 1、S 2的距离相等，由于S 1和S 2处在同一波阵面上的不同部分，它们作为子波源是相干的，S 1和S 2视为线光源，它们发出的光波由于衍射而相互交迭，在远处的屏P 上可以观察到一组近乎平行的明暗相间的干涉条纹。 托马斯﹒杨的装置可当作一个简单的干涉仪使用。如果两个狭缝S 1和S 2之间的间隔是已知的，极大值和极小值的间隔可用来测定波长。相反的，如果光的波长是已知的, 狭缝的间隔可以从干涉图样来确定。 实验目的 1、 了解三种干涉仪的工作原理； 2、 学习组装调试干涉仪； 3、 测量激光光源的波长、空气的折射率和玻璃的折射率。 干涉仪原理 1881年，也就是托马斯﹒杨公开了他的双缝实验78年之后，迈克尔逊利用相同的原理设计了一种干涉仪，他的设计原本是为了用来证实以太（一种光从中传播的假想的媒质）是否存在的。但他的设计却远远超越了这个意义，后来人们以迈克尔逊的干涉仪为原型，又设计出了用于各种目的的干涉仪。现在，迈克尔逊干涉仪已得到广泛地应用，通过测量可动镜的移动距离可以来求得光的波长；若已知光源的波长又可测量微小的距离；它也是光学媒质性质的研究工具。