迈克尔逊干涉仪的使用实验报告

实验目的：

1）学会使用迈克尔逊干预仪

2）观察等倾、等厚和非定域干预现象

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、迈克尔逊干预仪、毛玻璃屏

实验原理：

1：迈克尔逊干预仪的原理：

迈克尔逊干预仪的光路图如下图，光源S出发的光经过称。45放置的反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反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处观察到等倾干预现象，当1M与'2M有一定的夹角时可以在观察平面E处观察到等厚干预现象。

2：激光器激光波长测量原理：

由等倾干预条纹的特点，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” ；假设 d 减小时，圆环逐渐 缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干预环，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。 假设将 M与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干预环变化，则△d=N𝜆2 由此可测单色光的波长。

3：钠光双线波长差的测定：

在使用迈克尔逊干预仪观察低压钠黄灯双线的等倾干预条纹时，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，对于等倾干预而言，波长差的计算公式为：Δλ=2𝜆−2Δ𝑑

先生物理实验陈述之杨若古兰创作

实验名称迈克尔逊干涉仪的使用

学 院专 业班 级

陈述人学号

同组人 学 号

同组人 学 号

同组人 学 号

理论课任课教师

实验课指点教师

实 验 日 期

报 告 日 期

实 验 成 绩

批 改 日 期

实验目的

（1） 了解迈克尔逊干涉仪的道理并把握其调节方法

（2） 观察等倾干涉、等候干涉的条纹，并能区别定域干涉和非定域干涉

（3） 测定He-Ne激光的波长

（4） 观察白光干涉条纹和测定钠光波长及相关长度

实验仪器

迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器.

实验道理

1．迈克尔逊干涉仪

图1是迈克尔逊干涉仪实物图.图2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图，图中M１和M２是在彼此垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M１是固定的；M２由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后挪动，挪动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出.在两臂轴线订交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G１，它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜，以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故G１又称为分光板.G２也是平行平面玻璃板，与G１平行放置，厚度和折射率均与G１不异.因为它抵偿了光线⑴和⑵因穿越G１次数分歧而发生的光程差，故称为抵偿板.

从扩展光源S射来的光在G１处分成两部分，反射光⑴经G１反射后向着M２前进，透射光⑵透过G１向着M１前进，这两束光分别在M２、M１上反射后逆着各自的入射方向返回，最初都达到E处.因为这两束光是相关光，因此在E处的观察者就能够看到干涉条纹.

由M１反射回来的光波在分光板G１的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M１在M２附近构成M１的虚像M１′，因此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.因而可知，在迈克尔逊干涉仪中所发生的干涉与空气薄膜所发生的干涉是等效的.

当M２和M１′平行时(此时M１和M２严酷互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹.普通情况下，M１和M２构成一空气劈尖，是以将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹).

1 广东第二师范学院实验预习报告

院（系）名称 物理系 班别 姓名

专业名称 物理学（师范） 学号

实验课程名称 普通物理实验（二）

实验项目名称 迈克尔逊干涉仪的调整和使用

内容包含：实验目的、实验原理简述、实验中注意事项、实验预习中的问题探讨

【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. 观察等倾干涉、等厚干涉现象；

3. 利用迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光器的波长；

【实验原理简述】

在图M2′是镜子M2经A面反射所成的虚像。调整好的迈克尔逊干涉仪，在标准状态下M1、M2′互相平行，设其间距为d.。用凸透镜会聚后的点光源S是一个很强的单色光源，其光线经M1、M2反射后的光束等效于两个虚光源S1、S2′发出的相干光束，而S1、S2′的间距为M1、M2′的间距的两倍，即2d。虚光源S1、S2′发出的球面波将在它们相遇的空间处处相干，呈现非定域干涉现象，其干涉花纹在空间不同的位置将可能是圆形环纹、椭圆形环纹或弧形的干涉条纹。通常将观察屏F安放在垂直于S1、S2′的连线方位，屏至S2′的距离为R，屏上干涉花纹为一组同心的圆环，圆心为O。

设S1、S2′至观察屏上一点P的光程差为δ，则：

一般情况下dR，则利用二项式定理并忽略d的高次项，于是有：

2 所以：

由式(3)可知：

θ=0，此时光程差最大，δ=d2，即圆心所对应的干涉级最高。旋转微调鼓轮使M1移动，若使d增加时，可以看到圆环一个个地从中心冒出，而后往外扩张；若使d减小时，圆环逐渐收缩，最后消失在中心处。每“冒出”(或“消失”)一个圆环，相当于S1、S2′的距离变化了一个波长λ大小。如若“冒出”(或“消失”)的圆环数目为N，则相应的M1镜将移动Δd，显然：

从仪器上读出Δd并数出相应的N，光波波长即能通过式(4)计算出来。

对于较大的d值，光程差δ每改变一个波长所需的θ的改变量将减小，即两相邻的环纹之间的间隔变小，所以，增大d时，干涉环纹将变密变细。

迈克尔逊干涉仪实验报告

前言

迈克尔逊干涉仪是一种通过干涉现象测量光波长和折射率的仪器。本次实验旨在通过搭建迈克尔逊干涉仪并测量干涉条纹的间距，以及通过对比干涉条纹的变化来计算空气的折射率。

实验装置

• 激光器

• 两块反射镜

• 半反射镜

• 三角架

• 平移台

• 动态计算机显示器

实验步骤

1. 将激光器直接指向半反射镜，将半反射镜的一面对着一个反射镜后照到墙上观察。根据反射光路情况能看到一条条垂直的光便是干涉条纹，即洛伦兹-费涅尔干涉条纹。

2. 将一个反射镜固定在三角架上的一侧，尽量调节反光镜的髙度与半反射镜朝向垂直。

3. 调整半反射镜的朝向，使反射光与反射光垂直，即把距离半反射镜50%的光反并到一起。

4. 将另一个反射镜点在电子器上，利用电子计算器的平移台，将该反射镜移动，则会发现干涉条纹的位置也随之移动。

实验结果

我们使用一个动态计算机显示器观察到了干涉条纹的变化。通过实验我们得到了横向移动距离与干涉条纹间隔的线性关系，我们成功的利用迈克尔逊干涉仪对空气的折射率进行测量，并得到了较为准确的结果。

本次实验成功地搭建了迈克尔逊干涉仪，并对干涉条纹的间距进行了测量。我们通过干涉条纹的变化成功的计算出了空气的折射率。迈克尔逊干涉仪作为一种精密测量仪器被广泛应用于光学、物理、电子等学科领域，本次实验为我们提供了实践的机会，也为我们将来学习和研究这一领域提供了基础。