迈氏干涉仪

一、实验目的1. 理解迈氏干涉仪的工作原理和结构特点。

2. 掌握迈氏干涉仪的调节方法。

3. 观察并分析等厚干涉和等倾干涉条纹的形成条件、特点及变化规律。

4. 利用迈氏干涉仪测量气体的折射率。

二、实验原理迈氏干涉仪是一种分振幅双光束干涉仪，其基本原理是将一束光分为两束，使两束光在空间相遇产生干涉。

根据光程差的不同，干涉条纹分为等厚干涉和等倾干涉。

1. 等厚干涉：当两束光的光程差为光波长的整数倍时，两束光相长干涉，形成明条纹；光程差为光波长的奇数倍时，两束光相消干涉，形成暗条纹。

等厚干涉条纹的特点是间距均匀，条纹间距与介质厚度成正比。

2. 等倾干涉：当两束光的光程差为光波长的整数倍时，两束光相长干涉，形成明条纹；光程差为光波长的奇数倍时，两束光相消干涉，形成暗条纹。

等倾干涉条纹的特点是间距不均匀，条纹间距与入射角成正比。

三、实验仪器与器材1. 迈氏干涉仪2. He-Ne激光器及其电源3. 扩束透镜4. 小孔光阑5. 白炽灯6. 毛玻璃7. 小气室8. 打气皮囊9. 气压表10. 凸透镜11. 特制显微镜四、实验步骤1. 将迈氏干涉仪、He-Ne激光器及其电源、扩束透镜、小孔光阑、白炽灯、毛玻璃、小气室、打气皮囊、气压表、凸透镜、特制显微镜等仪器组装好。

2. 打开He-Ne激光器，调节激光束使其垂直照射到迈氏干涉仪的分束镜上。

3. 调节扩束透镜，使激光束通过小孔光阑后变为平行光。

4. 调节迈氏干涉仪，使两束光在空间相遇并产生干涉。

5. 观察干涉条纹，分析等厚干涉和等倾干涉条纹的形成条件、特点及变化规律。

6. 利用迈氏干涉仪测量气体的折射率。

五、实验注意事项1. 操作过程中要轻拿轻放，避免仪器损坏。

2. 调节干涉仪时要细心，确保两束光的光程差为光波长的整数倍。

3. 观察干涉条纹时要保持稳定，避免因抖动导致条纹移动。

4. 测量气体折射率时，要确保气室内的气体稳定，避免因气体流动导致测量误差。

六、实验报告要求1. 实验报告应包括实验目的、原理、仪器与器材、实验步骤、实验结果与分析、实验结论等内容。

迈克尔逊干涉仪用途迈克尔逊干涉仪是一种光学仪器，用于测量干涉现象以及测量光速、介质折射率等光学参数。

它由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊于1881年发明，是一种基于干涉现象的实验装置。

迈克尔逊干涉仪主要由光源、反射镜、半透镜、反射镜等光学元件组成。

迈克尔逊干涉仪的主要用途是测量光速。

根据迈克尔逊干涉仪的原理，当具有一定相位差的两束光经过半透镜射到分束器上后，会被分成两束互相垂直并发生干涉的光束。

如果其中一束光经过微小的长度差，例如由于地球的自转导致测量方向的光程差发生变化，就会导致干涉环的移动。

通过观察干涉环的移动情况，可以计算出由于光速变化引起的干涉环的移动量，并进而计算出光速的值。

迈克尔逊干涉仪还可以用于测量介质的折射率。

在测量过程中，可以将待测介质放置在其中一条光束的路径上。

根据杨氏双缝干涉的原理，通过观察干涉环的移动情况，可以推导出介质的折射率。

此外，迈克尔逊干涉仪还可以应用于光学元件的质量检验和表面形貌的测量。

通过观察干涉图案的变化，可以分析光学元件的表面形貌和光学性能。

例如，在制造反射镜时，可以使用迈克尔逊干涉仪检测反射镜的表面平整度和波前畸变，从而保证反射镜在光学系统中的性能。

此外，迈克尔逊干涉仪还广泛应用于科学研究领域。

例如，迈克尔逊干涉仪可以用于测量微小物体的长度、密度等物理参数，也可以用于测量光学元件的厚度和介质的分布情况。

迈克尔逊干涉仪还可以用于研究光的相干性和干涉现象，以及进行光学实验和教学。

值得一提的是，迈克尔逊干涉仪在20世纪初被用于测量爆炸引起的空气震荡的波长和频率，以及测量大气密度和声速的变化。

这些测量对于了解爆炸物的特性和爆炸波在大气中的传播具有重要意义。

综上所述，迈克尔逊干涉仪主要用于测量光速、介质折射率和光学元件的质量检验，也被广泛应用于科学研究、教学和光学实验等领域。

它的应用范围十分广泛，对于研究光学现象和测量光学参数具有重要的意义。

实验题目：迈氏干涉仪实验目的：了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法，观察非定域干涉条纹，测量氦氖激光的波长，并增强对条纹可见度和时间相干性的认识。

实验仪器：迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、透明薄片样品、白炽灯、遮光器等。

实验原理：（点击跳过实验原理）迈克尔孙干涉仪的结构和原理：迈克尔孙干涉仪的原理图如图3.1.1-1所示，A和B为材料、厚度完全相同的平行板，A的一面镀上半反射膜，M1、M2为平面反射镜，M2是固定的，M1和精密丝杆相连，使其可前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm，M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。

光源S发出的光射向A板而分成（1）、（2）两束光，这两束光又经M1和M2反射，分别通过A的两表面射向观察处O，相遇而发生干涉，B作为补偿板的作用是使（1）、（2）两束光的光程差仅由M1、M2与A板的距离决定。

由此可见，这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长，而且其路径是互相垂直的，分的很开，这正是它的主要优点之一。

从O处向A处观察，除看到M1镜外，还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2，M1与M2镜所引起的干涉，显然与M1、M’2引起的干涉等效，M1和M’2形成了空气“薄膜”，因M’2不是实物，故可方便地改变薄膜的厚度（即M 1和M ’2的距离），甚至可以使M 1和M ’2重叠和相交，在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体，这些都为其广泛的应用提供了方便。

点光源产生的非定域干涉：一个点光源S 发出的光束经干涉仪的等效薄膜表面M 1和M ’2反射后，相当于由两个虚光源S 1、S 2发出的相干光束（图3.1.1-2）。

若原来空气膜厚度（即M 1和M ’2之间的距离）为h ，则两个虚光源S 1和S 2之间的距离为2h ，显然只要M 1和M ’2（即M 2）足够大，在点光源同侧的任一点P 上，总能有S 1和S 2的相干光线相交，从而在P 点处可观察到干涉现象，因而这种干涉是非定域的。

迈克尔逊干涉仪实验原理迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象测量光波长、长度和折射率的仪器。

它由美国物理学家迈克尔逊于1881年发明，是一种非常重要的光学仪器，被广泛应用于科学研究和工程实践中。

干涉仪的原理是利用光的干涉现象来测量光的性质和测量被测物体的长度，是一种非常精密的测量仪器。

迈克尔逊干涉仪的实验原理主要是基于干涉现象。

当两束光波相遇时，它们会发生干涉现象，即相位差引起的光强的变化。

迈克尔逊干涉仪利用分束镜将一束光分成两束光，经过两条不同的光路，再经过合束镜合成一束光，使得两束光发生干涉。

当两束光的光程差为整数倍的波长时，它们将相干叠加，产生明纹；当光程差为半波长的奇数倍时，它们将发生相消干涉，产生暗纹。

通过观察干涉条纹的位置和数量，可以推导出光的波长、被测物体的长度以及折射率等物理量。

在迈克尔逊干涉仪实验中，需要注意的是保证光源的稳定性和一致性。

光源的稳定性直接影响到实验结果的准确性，因此需要选择稳定的光源，如激光。

同时，光路的稳定性也是非常重要的，需要保证光路的长度和光学元件的位置保持稳定，避免外界因素对实验结果的影响。

除了测量光的波长和长度，迈克尔逊干涉仪还可以用于测量折射率。

当被测物体的折射率发生变化时，光的光程也会发生变化，从而导致干涉条纹的位置发生移动。

通过测量干涉条纹的移动量，可以推导出被测物体的折射率。

这种方法被广泛应用于实验室中测量各种材料的折射率，对材料的研究和应用具有重要意义。

总之，迈克尔逊干涉仪是一种非常重要的光学仪器，它利用光的干涉现象来测量光的波长、长度和折射率，具有非常广泛的应用价值。

在实际应用中，需要注意保证光源和光路的稳定性，以获得准确的实验结果。

迈克尔逊干涉仪的实验原理和方法对于光学研究和工程应用具有重要意义，对于推动光学领域的发展具有重要作用。

M1 M2是一对精密磨光的平面镜
这是一个臂A,这是另一个臂B,两臂互相垂直,其上分别固定平面镜M1、M2，M1可在A上前后移动,最小平移量为0.0001cm,反射镜M1和M2背后各有三个螺丝,用来调节它们的倾斜度，M2下端还附有两个方向互相垂直的微动螺丝以便精确地调节M1与M2之间的方位，G1,G2是厚薄和n都很均匀的一对相同的玻璃板,在G1背面镀了一层很薄的银薄,以便从光源射来的光线在这里被分为强度差不多相等的两部分,其反射光(1)射到M2，经M2反射后再次透过G1进入眼睛,而折射光(2)经G2透射到M1，经M1反射再经G2后在G1上的半镀银面反射到眼睛，这两束光在眼睛视网膜相遇迭加形成干涉条纹。

为了使入射光线具有各种倾角，光源是扩展的，前面又加一块毛玻璃屏，以扩大视场。

G2起到补偿光程作用，称补偿板。

因光线(1)经玻璃板二次，加G2使光线(2)也经玻璃板二次，从而使两束光在媒质中光程相等。

对单色光也需加G2，但对白光或非单色光必须加G2。

迈克耳孙最早是为了研究光速问题而精心设计了上述装置,它是一种分振幅装置，与薄膜干涉相比，迈氏干涉仪的特点是：
光源、M1、M2和接收器各据一方,在空间完全分
开,便于在光路中安插其它器件。

利用此装置可以观察到相当于薄膜干涉的许多现象：等倾条纹，等厚条纹以及条纹各种变动情况,也可方便地进行各种精密检测。

它的设计精巧，用途广泛，不少其它干涉仪都是由此派生的，可以说，迈克耳孙干涉仪是许多近代干涉仪的原型。

迈克耳孙因发明干涉仪和对光速的测量而获得1907年诺贝耳物理学奖金。

迈克耳孙。

迈克尔逊干涉仪是利用干涉条纹精确测定长度或长度改变的仪器.它是迈克尔逊在1881年设计成功的。

迈克尔逊和莫雷应用该仪器进行了测定以太风的著名实验.后人根据此种干涉仪研制出各种具有实用价值的干涉仪。

预备知识⏹光程：光波实际传播的路径与折射率的乘积，⏹光程差：，在杨氏干涉的例子里，它的光程差就可以表示为⏹光程差与相位差的变换关系为：⏹相干条件：两束光满足频率相同，振动方向相同，相位差恒定时即可成为相干光源，这时的光强应表达为：令；对应的位相差为⏹获得相干光光源的两种常见方法1.分波阵面法：从同一波阵面上获取对等的两部分作为子光源成为相干光源；如杨氏实验等。

2.分振幅法：当一束光投射到两种介质的分界面时，它的所有的反射光线或所有的透射光线会聚在一起时即可发生相干；如薄膜干涉等。

⏹迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理G2是一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，使其可前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。

当M2和M1’严格平行时，M2移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“消失”。

两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”一个个条纹。

M2和M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离d 与条纹移动数N 的关系满足。

迈克尔逊干涉仪示意经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反射的光只通过分光板一次.补偿板就是为了消除这种不对称而设置的.在使用单色光源时，补偿板并非必要，可以利用空气光程来补偿；但在复色光源时，因玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可缺少的。

若要观察白光的干涉条纹，两相干光的光程差要非常小，即两臂基本上完全对称，此时可以看到彩色条纹；若M1或M2稍作倾斜，则可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。

迈氏干涉仪实验报告迈氏干涉仪实验报告引言：光是一种波动现象，而干涉是光的波动性质的重要表现之一。

迈氏干涉仪是一种经典的干涉实验装置，通过它可以观察到光的干涉现象，进一步研究光的性质和行为。

本实验旨在通过迈氏干涉仪的搭建和实验操作，深入了解光的干涉现象，并通过实验结果验证干涉理论。

实验材料与装置：本次实验所需材料有：一束单色光源、一块玻璃片、一块半反射膜、一块反射膜、一块半透射膜、一块玻璃片、一块光屏。

实验装置包括：迈氏干涉仪主体、光源支架、光屏支架。

实验过程：1. 将迈氏干涉仪主体固定在光源支架上，确保稳定。

2. 将光源放置在适当位置，使光线垂直射向迈氏干涉仪主体。

3. 调整反射膜和半透射膜的角度，使其对光线进行分割。

4. 调整半透射膜的位置，使其中一束光线射向玻璃片，在玻璃片上形成干涉条纹。

5. 将光屏固定在光屏支架上，使其与玻璃片垂直，并调整位置，使干涉条纹清晰可见。

6. 观察并记录干涉条纹的特点和变化。

实验结果：通过实验观察，我们可以发现干涉条纹的特点与光的波动性质密切相关。

当两束光线相遇时，由于光的波动性质，会发生干涉现象。

在迈氏干涉仪中，通过反射膜和半透射膜的作用，我们可以获得两束光线，它们分别经过不同的光程后再次相遇，形成干涉条纹。

干涉条纹的特点有以下几个方面：1. 干涉条纹呈现交替明暗的现象，这是由于两束光线相遇时，波峰与波谷的叠加效应导致的。

2. 干涉条纹的间距与波长有关，当光源的波长发生变化时，干涉条纹的间距也会相应变化。

3. 干涉条纹的条纹密度与光程差有关，光程差越大，条纹密度越大。

实验讨论：通过迈氏干涉仪的实验操作，我们可以进一步探讨光的干涉现象。

光的干涉是由于光的波动性质导致的，当两束光线相遇时，波峰与波谷的叠加效应会形成干涉条纹。

这一现象对于理解光的性质和行为具有重要意义。

在实验中，我们使用单色光源进行观察，这是为了保证光的单色性，从而更加准确地观察和分析干涉条纹。

如果使用白光源，由于光的波长不同，干涉条纹会出现彩色现象，这会干扰我们的观察和分析。

大学物理实验-迈克尔逊干涉仪.
迈克尔逊干涉仪是一种用于测量光波长和光速的仪器，由美国物理学家阿尔伯特·迈
克尔逊于1887年发明。

该仪器是基于干涉现象和光路差原理。

当两个光路中的光波相遇时，它们会产生干涉现象，最终会形成明暗相间的干涉条纹。

通过测量这些干涉条纹的间
距就可以求出光波长和光速。

迈克尔逊干涉仪由一个光源、一个分束器、两个光路和一个合波器组成。

光源产生的
光通过分束器分成两个光路，然后经过镜子反射回到合波器，在合波器中相遇并产生干涉
现象。

如果两个光路的光程完全相等，则会产生明纹，如果相差半个波长，则会产生暗纹。

迈克尔逊干涉仪可以用来测量光的速度。

首先，将干涉仪放置在一个水平平面上，然
后将它朝向东方和西方分别转动90度，如果光速是恒定不变的，则两个方向上产生的干
涉条纹间距应该相同。

如果两个方向上的干涉条纹间距不同，则说明光速在两个方向上是
不同的。

迈克尔逊干涉仪也可以用来测量物体的长度。

将一个物体放置在干涉条纹的路径中，
当物体移动时，干涉条纹的间距会发生变化。

通过测量干涉条纹的分离距离，可以计算出
物体的长度。

总之，迈克尔逊干涉仪是一种重要的物理实验仪器，可以用于测量光波长、光速、物
体长度和材料折射率等物理量。

它的原理简单、易于实现，是物理学、光学等学科中必不
可少的实验仪器之一。

迈克尔逊干涉仪原理迈克尔逊干涉仪是一种利用光的干涉现象来测量光波长、长度和折射率的精密仪器。

它由美国物理学家阿尔伯特·亨利·迈克尔逊于1881年发明，是一种基于干涉现象的光学仪器。

迈克尔逊干涉仪的原理基于光的干涉现象。

当两束光波相遇时，它们会相互叠加，形成干涉条纹。

这种干涉现象可以被用来测量光的波长、长度和折射率。

迈克尔逊干涉仪利用光的干涉现象来测量光的性质，是一种非常精密的光学仪器。

迈克尔逊干涉仪由一束光源、半透镜、反射镜、分束镜和接收屏等部件组成。

当光线通过分束镜后，被分为两束光线，分别经过不同的光程后再次汇聚在接收屏上。

由于光程的差异，两束光线在接收屏上会形成干涉条纹。

通过测量干涉条纹的间距和数量，可以计算出光的波长、长度和折射率等参数。

迈克尔逊干涉仪的原理可以用来测量光的波长。

当光的波长发生变化时，干涉条纹的间距也会发生变化。

通过测量干涉条纹的间距，可以计算出光的波长。

这种方法可以用来测量不同波长的光线，从而得到光的波长分布情况。

除了测量光的波长外，迈克尔逊干涉仪还可以用来测量光的长度。

通过改变光程差，可以测量出光的长度。

这种方法可以用来测量非常小的长度，如纳米级别的长度，因此在纳米技术领域有着广泛的应用。

此外，迈克尔逊干涉仪还可以用来测量光的折射率。

当光线通过不同介质时，其折射率会发生变化。

通过测量光的干涉条纹，可以计算出光在不同介质中的折射率。

这种方法可以用来研究不同介质的光学性质，对于材料科学和光学研究具有重要意义。

总之，迈克尔逊干涉仪是一种利用光的干涉现象来测量光波长、长度和折射率的精密仪器。

它利用光的干涉现象来测量光的性质，是一种非常精密的光学仪器。

通过测量光的干涉条纹，可以计算出光的波长、长度和折射率等参数，对于光学研究和材料科学具有重要意义。

迈克尔逊干涉仪的原理和应用为光学领域的研究和实验提供了重要的工具和方法。

迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是1881年由美国物理学家迈克尔逊和莫雷为研究“以太”漂移而设计制造的精密光学仪器。

历史上，迈克尔逊－莫雷实验结果否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础。

迈克尔逊和莫雷因在这方面的杰出成就获得了1883年诺贝尔物理学奖。

在近代物理学和近代计量科学中，迈克尔逊干涉仪具有重大的影响，得到了广泛应用，特别是20世纪60年代激光出现以后，各种应用就更为广泛。

它不仅可以观察光的等厚、等倾干涉现象，精密地测定光波波长、微小长度、光源的相干长度等，还可以测量气体、液体的折射率等。

迈克尔逊干涉仪是历史上最著名的经典干涉仪，其基本原理已经被推广到许多方面，研制成各种形式的精密仪器，广泛地应用于生产和科学研究领域。

实验内容1、调节和观察非定域干涉条纹。

在屏上看到非定域的同心圆干涉条纹，且圆心位于光场的中间。

观察中心条纹的“冒出”或“缩进”、干涉条纹的粗细和密度变化规律（即与平面镜M 1和M‘2之间距离d的关系），并解释之。

2、利用非定域干涉条纹测量He－Ne激光波长。

3、与理论值比较，计算百分误差。

4、调节和观察等倾干涉条纹。

调出严格的等倾干涉条纹，观察总结条纹粗细和密度（间距）的变化规律，并解释之。

5、调节和观察等厚干涉条纹。

调出等厚干涉条纹，观察总结条纹形状、粗细和密度（间距）的变化规律，并解释之。

6、测钠光的双线波长差。

实验的重与难点1、掌握迈氏干涉的干涉原理。

2、干涉环的调节。

实验操作过程难度比较大，实验技巧与实验原理紧密相连。

操作时必须手脑并用，仔细观察，细心调节。

仪器简介1、迈克尔逊干涉仪：实现各种干涉现象，测定光波波长。

2、He－Ne激光器：相干光源，发出波长为6328埃的单色光。

预习要求1、了解迈克尔逊干涉仪的基本原理和组成结构。

2、理解非定域干涉、等倾干涉和等厚干涉的基本原理和干涉条纹形成条件。

3、了解迈克尔逊干涉仪的调整方法和读数方法。

4、了解用迈克尔逊干涉仪测定光波波长的基本原理和方法。

实验内容一、仪器调整（1）打开He-Ne激光器电源，调整激光器出射光束的方位，使激光束垂直照到M2镜中心，此时从毛玻璃上可看到两排横向光点（2）轻旋M2镜后面的螺钉，使每排光点中最亮的点重合。

（3）将扩束镜插入光路，并与激光光束共轴，此时从毛玻璃屏上可以看到干涉条纹，仔细调整M2镜后面的螺钉，使干涉条纹成为同心圆环。

二、观察非定域干涉图转动干涉仪的大鼓轮，使标尺示数在30mm附近，然后转动大鼓轮和小鼓轮，即改变M1与M2间距，观察干涉图样的变化规律，记录并分析。

三、测量He-Ne激光波长将条纹调成同心圆，转动小鼓轮，看到吞（或吐）条纹现象，记录M1镜的起始位置，按同方向旋转小鼓轮，使条纹吞（过吐）50圈，记录M1镜的位置，重复12次，用逐差法处理数据，并计算不确定度。

四、Na黄光波长测量将光源换成Na黄光，并用眼睛直视M1镜观察条纹，待调出同心圆后，重复步骤三。

实验现象实验数据及分析利用逐差法可得到1712823934104511561266170.096780.097060.097300.097210.097780.097090.0972062 6.4810648ii h h h m m h h h m m h h h m m h h h m m h h h m m h h h m mhh m m hm nmnλ=-∆=-=∆=-=∆=-=∆=-=∆=-=∆=-=∆∴∆==⋅∆∴==⨯=∑0.000367U0.000150hAσ∆==∴==取p=0.95，查表 2.57Pt=故计算得463.511022.3410650hhU m mU U m mλ-∆-∆==⨯∴=⋅=⨯⨯最后λ可表示为7(6.480.02)10(6480.02)m nmλ-=±⨯=±利用origin拟合得到下图及下表利用逐差法可得到16127238349451055170.037240.035060.032010.030980.029590.0329852 6.6010660ii h h h m m h h h m m h h h m m h h h m m h h h m mhh m m hm nmnλ=-∆=-=∆=-=∆=-=∆=-=∆=-=∆∴∆==⋅∆∴==⨯=∑0.003119U 0.00139h A σ∆==∴==取p=0.95，查表 2.78P t = 故计算得353.861027.7310520h h U m mU U m mλ-∆-∆==⨯∴=⋅=⨯⨯最后λ可表示为7(6.600.77)10(6600.77)m nm λ-=±⨯=±利用Origin 进行拟合，得到以下图线及下表4．实验误差分析：因为在第二组测量Na黄光波长时观察不变及视觉疲劳，使得误差较大。