迈克耳逊干涉仪的使用(教学指导书)

迈克耳逊干涉仪的使用（教学指导）迈克耳逊干涉仪是根据光的干涉原理制成的一种精密光学仪器，它是一种分振幅双光束干涉仪。

迈克耳逊和他的合作者曾用这种干涉仪进行了三项著名的实验：迈克耳逊－莫雷实验，为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据；镉红线的发现实现了长度单位的标准化；由干涉条纹视见度随光程变化的规律，可推断光谱线的精细结构。

迈克耳逊干涉仪用途很广：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。

一、教学目的1、学习调节使用迈克耳逊干涉仪。

2、用迈氏干涉仪测He －Ne 激光的波长。

3、观察钠光、白光的等倾和等厚干涉现象。

二、教学要求1、实验三小时完成。

2、了解迈克耳逊干涉仪的结构、原理，学会它的调节和使用方法。

3、观察、认识、区别等倾干涉和等厚干涉。

4、测量干涉纹移动的数目（每50环）所对应的动镜的坐标位置。

5、计算出He －Ne 激光的波长，并对实验结果进行评价，写出合格的实验报告。

三、教学重点和难点1、重点：掌握迈氏干涉的干涉原理。

2、难点：干涉环的调节。

四、讲授内容（约20分钟）（采用问答、讨论方式进行） 1、实验原理？（见黑板上原理图示、右图2）从面光源S 发出的光束射向分光板G 1，被G 1分成振幅大致相等的反射光1和透射光2，光束１被动镜M 1θM2 G 1G 2M 2再次反射回并穿过G1；光束2穿过补偿片G2后被定镜M2反射回，二次穿过G2达到G1，并被膜反射；最后两束光是频率相同、振动方向相同、光程差恒定即位相差恒定的相干光，它们在相遇空间产生干涉条纹（非定域干涉）。

2、分光板G1的作用？在哪个表面上分光？补偿板G2的作用？对它有什么要求？G1的作用使分出来的两束光的振幅大致相等。

在G1板的镀银面上分光。

G2补偿光程，使两束光不产生光程差。

G2与G1用同种材料做成，厚度相同，平行放置。

3、单色点光源等倾干涉条纹是怎样形成的？（用投影仪投示或见黑板示非定域干涉光路图---如上图2示）用短焦矩透镜会聚后发散，可视为点光源S，点光源S经M1、M2反射后相当于由两个虚光源S1′、S2′发出的相干光束，但S1′和S2′间的间距为M1到M2的虚像M2′的距离d的两倍，即S1′S2′＝2d，虚光源S1′、S2′发出的球面波在它们相遇的空间（非定域）处处相干。

迈克尔逊干涉仪的调整和使用一、教学目的（1） 了解迈克尔逊干涉仪的原理结构，学习调节和使用方法。

（2） 观察等倾,等厚干涉现象。

（3） 测量He-Ne 激光波长。

二、教学重点（1） 迈克尔逊干涉仪的原理和结构 （2） 迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法 （3） 迈克尔逊干涉仪的应用三、课堂提问（1） 什么是非定域干涉？（2） 迈克尔逊干涉仪是怎样实现非定域干涉的？ （3） 非定域干涉条纹和牛顿环的相同和不同之处是什么？四、实验仪器补偿板微调手轮 He －Ne 激光器迈克尔逊干涉仪分光板固定反射镜移动反射镜粗调手轮光阑孔观察屏读数窗五、实验原理图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。

光源上一点发出的光线射到半透明层K 上被分为两部分光线“1”和“2”。

光线“2”射到M 2上被反射回来后，透过G 1到达E 处；光线“1”透过G 2射到M 1，被M 1反射回来后再透过G 2射到K 上，反射到达E 处。

这两条光线是由一条光线分出来的，故它们是相干光。

光线“1”也可看作是从M 1在半透明层中的虚像M 1ˊ反射来的。

在研究干涉时，M 1ˊ与M 1是等效的。

调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象可以等效为M 1ˊ与M 2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。

用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源，它向空间发射球面波，从反射后可看成由两个光源发出的（见图2），至屏的距离分别为点光源S从反射至屏的光程，21 M M 和21S S 和′)(21S S 或)(1211G M M G 和或和21S S 和′的距离为M 1ˊ和M 2之间距离的二倍，d 图2 非定域干涉M 1图1 迈克尔逊干涉仪即2d 。

虚光源发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，这种干涉是非定域干涉。

如果把屏垂直于21S S 和′21S S 和′的连线放置，则我们可以看到一组同心圆，圆心就是连线与屏的交点。

如图2，由到屏上的任一点A，两光线的程差21S S 和′21S S ′L 可得：δcos 2d L = （1） 由式（1）可知：（1）当0=δ 时程差最大，即圆心E 点所对应的干涉级别最高。

迈克尔逊干涉仪测波长实验指导书
一、实验目的：
通过迈克尔逊干涉仪测量光波的波长，进一步熟悉干涉和衍射现象，掌握干涉测量的基本原理和方法。

二、实验仪器与材料：
1. 迈克尔逊干涉仪
2. 测量光源（激光、白炽灯等）
3. 光学平台和支架
4. 透明玻璃片
5. 干涉条纹记录仪（如摄像机、光电二极管等）
6. 运动控制器
7. 光源驱动电源
8. 光学转台
三、实验原理：
迈克尔逊干涉仪是一种利用反射和干涉原理进行测量的仪器。

它由一个分束器、两个反射镜和一个干涉屏组成。

光源发出的光经
过分束器被分成两束，分别经过反射镜反射后再次合并在干涉屏上。

当两束光相遇时，在干涉屏上会形成明暗相间的干涉条纹。

根据干
涉条纹的间距和光路差可以计算出光波的波长。

四、实验步骤：
1. 将迈克尔逊干涉仪放置在光学平台上，并稳固固定。

2. 调整分束器，使两束光线相互垂直，并通过两个反射镜反射
后再次合并在干涉屏上。

3. 调整反射镜的位置，使两束光线在干涉屏上形成清晰的干涉
条纹。

4. 选取适当的测量光源，例如激光或白炽灯，并将其与干涉仪
连接。

5. 调整光源位置和角度，使光线尽量垂直射入干涉仪。

6. 启动干涉条纹记录仪，记录下干涉条纹的形状和间距。

OpticsInterferometerMichelson Interferometer IIDETERMINE THE REFRACTIVE INDEX OF GLASS.UE403041101/17 JS/ALFBASIC PRINCIPLESThe Michelson interferometer can be used for interferometric measurements of various quantities, such as changes of distance, the thickness of layers, or refractive indices, because the observations are sensitive to very small changes in the optical path length of a partial beam. If the geometrical beam path is kept constant, it is possible to determine refractive indices and variations therein from changes in pressure, temperature, or density.Depending on whether the optical path length is shortened or increased, interference fringes are formed or disappear at the centre of the circular interference pattern. The relationship between the change ∆s in the optical path length, the light wavelength λ, and the number m (positive or negative) of interference fringes that appear or disappear on the screen is described by the equation:(1) λ⋅=∆⋅m s 2.If a glass plate is placed obliquely in the path of one of the partial beams, the optical path length is changed by the amount ∆s (α) given by Equation (2). (2)()()()β-α-⋅β=α∆cos cos n dsd : thickness of the glass plate, n : refractive index of the glass, α: angle of incidence on the plate, β: angle of refraction into the plate.According to Snell’s law of refraction, α and β are connected by the relationship:(3) β⋅=αsin si n nIf the glass plate is first placed exactly perpendicular to the beam and is then turned from that position through the angle α the resulting change in the optical path length is:(4)()()()()()1cos cos 0-⋅-β-α-⋅β=∆-α∆=∆n d n ds s sBy making a slight modification, the Michelson interferometer can be converted into a Twyman-Green interferometer, an instrument for measuring the surface qualityof optical components. A Twyman-Green interferometer is normally understood to mean an instrument in which the (laser) light beam is expanded and formed into a parallel beam. However, for the qualitative understanding of the principle, a beam that is divergent rather than parallel can be used.Fig.1: Experiment set-up for determining the refractive index of glass using a Michelson interferometerLIST OF APPARATUS1 Interferometer 1002651 (U10350) 1 Accessory Set for the Interferometer 1002652 (U10351) 1 He-Ne Laser 1003165 (U21840)SET-UPNote: The height of the light beam above the baseplate must be 60 – 62 mm.∙Place the interferometer on a stable and firm table with its base as accurately horizontal as possible.∙Mount the laser on the laser support using the hexagonal adjusting screw and position it facing as directly as possible into the beam-diverging lens.∙Remove the fixed mirror and the beam splitter.∙Loosen the knurled screw of the diverging lens and swing the lens out of the path of the beam.∙Adjust the position of the laser so that its beam falls on the centre of the moveable mirror and the reflected beam falls centrally on the laser.∙Swing the diverging lens back into the beam path and correct the beam path so that it also falls on the centre of the lens.∙Swing the diverging lens out of the path of the beam again.∙Mount the fixed mirror and, using the adjusting screws, set it so that the distance between the mirror mounting plate and the actual mirror support is about 5-6 mm and is uniform all around.∙Mount the beam splitter with its half-silvered side (marked with a triangle) towards the near left corner (between the laser and the fixed mirror), and adjust it so that the two brightest points that are visible on the observation screen lie as nearly as possible on a vertical line.∙Adjust the fixed mirror so that these two brightest points on the screen are made to coincide exactly.∙Swing the diverging lens back into the beam, adjust it so that the brightest part of the image is at the centre of the screen, and fix it in position with the screw.∙Tilt the screen slightly from the vertical position so that the observer sees a bright and clear image.∙Readjust the fixed mirror so as to obtain interference rings centred at the middle of the screen. EXPERIMENT PROCEDUREDetermine the refractive index of glass:∙Place the glass plate with the rotatable holder in the front partial beam.∙Make a slight adjustment to the moveable mirror so that the interference rings remain at the middle of the screen.∙Rotate the glass plate back and forth slightly about the 0° mark to determine the angle α0 at which new interference rings cease to form and they start to disappear instead.∙Readjust the beam splitter so that the angle α0 is as close as possible to the 0° mark.∙Starting from the angle α0, slowly rotate the glass plate and carefully count the number of rings that disappear, m. Application of Twyman-Green interferometer to evaluate the surface quality of a strip of adhesive tape:∙Place the glass plate with the rotatable holder in the front partial beam in such a position that the beam also falls on the adhesive tape on the glass.∙Make a slight adjustment to the moveable mirror so that the interference rings remain at the middle of the screen. SAMPLE MEASUREMENTS AND EVALUATIONDetermine the refractive index of glass:Table 1: The number m of interference rings that disappear and the calculated change in path length.3B Scientific GmbH, Rudorffweg 8, 21031 Hamburg, Germany, 1015αm λ / μmFig. 2: Change in path length calculated from the number m ofinterference rings that disappear when a glass plate is rotated through the angle αFigure 2 shows, as a function of α, the change in path length calculated from the number m of interference rings that disappear when a glass plate in the beam is rotated through the angle α from the position perpendicular to the beam. The wavelength used in the calculation was λ = 632.8 nm, the wavelength of the He-Ne laser.The theoretical curve in Figure 2 was calculated from Equation 4, with the values d = 4 mm for the thickness of the plate and n = 1.5 for the refractive index of glass.Application of Twyman-Green interferometer to evaluate the surface quality of a strip of adhesive tape:On the right-hand side of the screen the interference rings are regular and well-defined. On the left-hand side, however, they are distorted and blurred, and sometimes there are bright dots in regions that should be dark and vice versa.Since even very small differences in the thickness of a film can shift the interference rings, it is reasonable to conclude that the distortion of the rings is caused by the irregular and undulating surface of the adhesive tape.。

迈克尔逊干涉仪的调节和使用迈克尔逊干涉仪是光学实验中一种重要的仪器，它的原理是基于干涉现象来测量长度、速度、折射率等物理量。

因此，正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪对于实验结果的准确性和可靠性至关重要。

一、调节步骤1、粗调：首先调整干涉仪的粗调旋钮，使干涉条纹大致对称。

2、细调：然后调整干涉仪的细调旋钮，使干涉条纹更加清晰、对称。

具体步骤如下：（1）将光源对准干涉仪的入射缝，调整干涉仪的三个脚螺旋，使干涉条纹出现在视野中。

（2）调节干涉仪的粗调旋钮，使干涉条纹大致对称。

（3）调节干涉仪的细调旋钮，使干涉条纹更加清晰、对称。

可以通过观察干涉条纹的移动方向和距离来判断调节是否正确。

（4）重复以上步骤，直到干涉条纹完全对称、清晰。

二、使用注意事项1、保持干涉仪的清洁，避免灰尘和污垢进入干涉仪内部。

2、在调节过程中，要轻拿轻放，避免损坏干涉仪的精密部件。

3、在使用过程中，要避免过度调节粗调旋钮和细调旋钮，以免损坏干涉仪的调节机构。

4、在记录实验数据时，要保证记录的准确性和完整性。

5、在实验结束后，要将干涉仪恢复到初始状态，以便下一次使用。

正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪需要耐心和细心。

只有掌握了正确的调节方法，才能更好地发挥其作用，提高实验的准确性和可靠性。

迈克尔逊干涉仪法测定玻璃折射率迈克尔逊干涉仪是一种精密的光学仪器，其原理基于干涉现象，能够用于测量微小的长度变化和折射率。

本文将介绍如何使用迈克尔逊干涉仪法测定玻璃的折射率。

一、实验原理折射率是光学材料的一个重要参数，它反映了光在材料中传播速度的改变。

迈克尔逊干涉仪法利用干涉现象来测量折射率。

当光线通过不同介质时，其速度和波长都会发生变化，这就导致了光程差的产生。

通过测量光程差，我们可以计算出介质的折射率。

二、实验步骤1、准备实验器材：迈克尔逊干涉仪、单色光源（如激光）、测量尺、待测玻璃片。

2、将单色光源通过分束器分为两束相干光束，一束直接照射到参考镜，另一束经过待测玻璃片后照射到测量镜。

迈克尔逊干涉仪的调节和使用一.实验原理迈克尔逊干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪，其光路如右图所示，它由反光镜M1，M2、分束镜P1和补偿板P2组成。

其中M1是一个固定反射镜，反射镜M2可以沿光轴前后移动，他们分别放置在两个相互垂直臂中，分束镜和补偿板与两个反射镜均成45°且相互平行，分束镜P1的一个面镀有半透半反膜，它能将入射光等强度的分为两束；补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。

迈克尔逊干涉仪结构如下图所示，镜M1、M2的背面各有三个螺丝，调节M1、M2镜面的倾斜度，M1的下端还附有两个互相垂直的微动拉簧螺丝，用以精确的调整M1的倾斜度。

M2镜所在的导轨拖板由精密丝杠带动，可沿着导轨前后移动。

M2镜的位置由三个读数尺所读出的数值的和来确定，主尺、粗调手轮和微调手轮。

如图所示，躲光束激光器提供的每条光纤的输出端是一个短焦距凸透镜，经其汇聚后的激光束，可以认为是一个很好的点光源S发出的球面光波。

S1’为S经M1以及G1反射后所成的像，S2’为S经G1以及M2反射后所成的像。

S2’和S1’为两相干光源。

发出的球面波在其相遇的空间处处相干。

为非定域干涉，在相遇处都能产生干涉条纹。

空间任一点P的干涉明暗由S2’和S1’到该点的光程差Δ=r2-r1决定，其中r2和r1分别为S2’和S1’到P点的光程。

P点的光强分布的极大和极小的条件是：Δ=kλ（k=0，1，2…）为亮条纹Δ=(2k+1)λ（k=0，1，2…）为暗条纹2.He-Ne激光波长的测定当M1’与M2平行时，将观察屏放在与S2’，S1’连线相垂直的位置上，可看到一组同心干涉圆条纹，如图所示。

设M1’与M2之间的距离为d，S2‘和S1‘之间的距离为2d，S2’和S1‘在屏上任一点P的光程差为Δ=2dcosφφ为S2’到P点的光线与M2法线的夹角。

当改变d，光程差也相应发生改变，这时在干涉条纹中心会出现“冒进”和“缩进”的现象，当d增加λ/2，相应的光程差增加λ，这样就会“冒出”一个条纹；当d减少λ/2，相应的光程差减少λ，这样就会“缩进”一个条纹；因此，根据“冒出”和“缩进”条纹的个数可以确定d的该变量，它可以用来进行长度测量，其精度是波长量级，当“冒出”或“缩进”了N个条纹，d的改变两δd为：Δd=Nλ/2二.实验内容1.调节干涉仪，观察非定域干涉（1）水平调节，调节干涉仪底角螺丝，使仪器导轨水平，然后用锁圈锁住。

实验六 迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验性质：综合性实验 教学目的和要求：1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法；2. 观察等倾干涉条纹的特点；3. 测定He-Ne 激光的波长。

教学重点与难点：对迈克尔逊干涉仪的工作原理与等倾干涉概念的理解；本实验仪器的正确调节与使用以及正确记录有效数字。

一．检查学生的预习情况检查学生预习报告:内容是否完整，表格是否正确。

二．实验仪器和用具：迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器、毛玻璃屏 三．讲解实验原理：（一）实验仪器介绍1. 迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的构造如图33-1。

其主要由精密的机械传动系统和四片精细磨制的光学镜片组成。

1G 和2G 是两块几何形状、物理性能相同的平行平面玻璃。

其中1G 的第二面镀有半透明铬膜，称其为分光板，它可使入射光分成振幅（即光强）近似相等的一束透射光和一束反射光。

2G 起补偿光程作用，称其为补偿板。

1M 和2M 是两块表面镀铬加氧化硅保护膜的反射镜。

2M 是固定在仪器上的，称其为固定反射镜，1M 装在可由导轨前后移动的拖板上，称其为移动反射镜。

迈克尔逊干涉仪装置的特点是光源、反射镜、接收器（观察者）各处一方，分得很开，可以根据需要在光路中很方便的插入其它器件。

1M 和2M 镜架背后各有三个调节螺丝，可用来调节21M M 和的倾斜方位。

这三个调节螺丝在调整干涉仪前均应先均匀地拧几圈（因每次实验后为保证其不受应力影响而损坏反射镜都将调节螺丝拧松了），但不能过紧，以免减小调整范围。

同时也可通过调节水平拉簧螺丝与垂直拉簧螺丝使干涉图像作上下和左右移动。

而仪器水平还可通过调整底座上三个水平调节螺丝来达到。

图11 ——主尺2 ——反射镜调节螺丝3 ——移动反射镜1M4 ——分光板1G5 ——补偿板2G6 ——固定反射镜2M7 ——读数窗 8 ——水平拉簧螺钉 9 ——粗调手轮10——屏11——底座水平调节螺丝确定移动反射镜1M 的位置有三个读数装置：①主尺——在导轨的侧面，最小刻度为毫米，如图：②读数窗——可读到0.01mm，如图：③带刻度盘的微调手轮，可读到0.0001mm，估读到105 mm，如图：2.迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路如图2。