用于绝对距离测量的He-Ne激光多波长干涉仪的研究

实验十迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长实验十迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作设计制作出来的精密光学仪器。

它利用分振幅法产生双光束以实现光的干涉，可以用来观察光的等倾、等厚和多光束干涉现象，测定单色光的波长和光源的相干长度等。

在近代物理和计量技术中有广泛的应用。

【实验目的】1(了解迈克尔逊干涉仪的特点，学会调整和使用。

2(学习用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长及薄玻璃片厚度的方法。

【实验仪器】WSM-100型迈克尔逊干涉仪，HNL,55700型He-Ne激光器、扩束镜，白赤灯，毛玻璃片，光具座，薄玻璃片。

【实验原理】迈克尔逊干涉仪工作原理:如图10-1所示。

在图中S为光源，G是分束板，G的一面镀有半反射膜，11使照在上面的光线一半反射另一半透射。

G是补偿板，M、M为平面反射镜。

212M1M1LGG,1M22S，，1G1激光器M2 SM2，，2分束板补偿板EE图10-2 迈克尔逊干涉仪简化光路图10-1 迈克尔逊干涉仪原理图光源He-Ne激光器S发出的光经会聚透镜L扩束后，射入G板，在半反射面上分成两束光:光束(1)1经G板内部折向M镜，经M反射后返回，再次穿过G板，到达屏E;光束(2)透过半反射面，穿过补偿1111板G射向M镜，经M反射后，再次穿过G，由G下表面反射到达屏E。

两束光相遇发生干涉。

22221补偿板G的材料和厚度都和G板相同，并且与G板平行放置。

考虑到光束(1)两次穿过玻璃板，G2112的作用是使光束(2)也两次经过玻璃板，从而使两光路条件完全相同，这样，可以认为干涉现象仅仅是由于M镜与M镜之间的相对位置引起的。

12为清楚起见，光路可简化为图10-2所示，观察者自E处向G板看去，透过G 板，除直接看到M镜111之外，还可以看到M镜在G板的反射像M,，M镜与M,构成空气薄膜。

事实上M、M镜所引起的干2121212涉，与M、M,之间的空气层所引起的干涉等效。

迈克尔逊干涉仪测量光波的波长班级：姓名：学号：实验日期：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.利用点光源产生的同心圆干涉条纹测定单色光的波长。

二、仪器及用具（名称、型号及主要参数）迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器，透镜等三、实验原理迈克尔逊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M2’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M2’来的。

因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M2’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M 1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 M 1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。

He-Ne 激光器模式分析一、 实验目的 1、 了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解； 2、 通过测试分析，掌握模式分析的基本方法； 3、 了解实验使用的共焦球面扫描干涉仪的工作原理及性能，学会正确使用 二、 实验原理1. 激光模式的一般分析 稳定腔的输出频率特性：（1）其中：L —谐振腔长度；q 纵横序数；R 、艮一两球面反射镜的曲率半径； m n 横模序数；n 腔内介质的折射率。

（1）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为: (1--) (1 - - )] 1/2R 1 R 2（其中 A m=n- m' ； A n=n_ rT ）对于相同的横模，不同纵模间的频差为 3 ' = —A q q ：q 2耳 L 相邻两纵模的频差为 C 2 F（3）由（2）、（ 3）式看出，稳定球面腔有如图 2— 1的频谱。

△表示不同的两横模（比如U 00与U 10）之间的频差与相邻两纵模之间的频差之比,2. 共焦球面扫描干涉仪的工作原理C1Vmnq「辽[q_(m n 1)]C0S-1[(1LR 1 )(1L R 2 )]1/2 Avmn:m'n'_1(m ；n)cos [(2)(△q=q — q ')(2)式除以(3)式得=mn:m ，n\l c ^ . .；n )cos _1[(1 —丄)(1 -丄)]AvqR 1R 2「/2(4)设:Avmn:m'nAu qS=丄 cos -1 [(1 -丄)(1 一 丄)]1/2兀R 1 R 2于是（4）式可简写作:(二m =n ) _ '： S(5)V 00q+1(1) 共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图 射镜的曲率半径R=R=L 。

(2) 正入射时，干涉相长条件为：4L=m ・(n 为折射率；L 为腔长)(3) 通常情况下，R 固定，而F 2装在一块管状压电陶瓷上。

如果在压电陶瓷 y 方 向上加一周期性的信号电压，那么 Fb 将随压电陶瓷周期变形并沿轴向在中心位置 附近做微小振动，因而干涉仪的腔长 L 也做微小的周期变化。

"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Im二1553164. 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蛇光谱的超精细结构，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、lle-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Ml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。

Ml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™刻度尺上读出。

(2)粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm,读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0、01mm, □□由读数窗口内刻度盘读出。

迈克耳逊干涉仪实验报告一、 实验原理1、迈克耳逊干涉仪的基本原理迈克耳逊干涉仪的基本原理如图1所示：其中S 为光源、L 为透镜、P 为观察屏，G 1为半反半透镜、G 2 为补偿镜、用于补偿光路1、2之间的光程差，M 1和M 2 为反射镜，M 2固定，M 1可以移动。

S 发出的光，通过G 1后分为两束，反射光由光路1，被M 1反射，通过G 1，L 到达观察点P ；透射光通过G 2，被M 2反射，再次通过G 2，L 到达观察点P 。

反射光与透射光在P 发生干涉，形成干涉条纹。

M 2′为M 2通过G 1所成的像M 2′和M 2之间的距离等于d 。

由M 2反射的光, 可以看作由M 2′出的，这样，光路1、2之间的光程差等于2d 。

移动M 1，P 处干涉条纹会周期性地产生或消失。

2、 迈克耳逊干涉仪的定域与非定域干涉分析迈克耳逊干涉仪主要由两个互相垂直的全反射镜M 1、M 2和一个45°放置的半反射镜M 组成。

不同的光源会形成不同的干涉情况。

a. 当光源为单色点光源时，它发出的光被M 分为光强大致相同的两束光（1）和（2），如图2所示。

其中光束（1）相当于从虚像S ′发出，再经M 1反射，成像于S 1′；光束（2）相当于从虚像S ′发出，再经M 2′反射成像于S 2′。

因此，单色电光源经过迈克耳逊干涉仪中两反射镜的反射光，可看作是从S 1′和S 2′发出的两束相干光。

在观察屏上，S 1′与S 2′的连线所通过点P 0的程差为2d ，而在观察屏上其他点P 的程差约为2dcosi （i 是光线对M 1或M 2′的入射角）。

因而干涉条纹是以P 0为圆心的一组同心圆，中心级次高，周围级次低。

若M 1与M 2的夹角偏离90°，则干涉条纹的圆心可偏出观察屏以外，在屏上看到弧状条纹；若偏离更大而d 又很小，S 1′与S 2′的连线几乎与观察屏平行，则相当于杨氏双孔干涉，条纹近似为直线。

无论干涉条纹形状如何，只要观察屏在S 1′与S 2′发出的两束光的交叠区都可看到干涉条纹，所以这种干涉称为“非定域干涉”。

实验名称:迈克尔逊干涉仪实验目的:本实验的目的是了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构和调节方法，观察非定域和定域干涉条纹，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：氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪，短焦距透镜等实验原理：1. 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;2. 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。

数据处理与结论：1.观察非定域干涉图实验中观察到的现象见下表：现象分析：由实验原理知1M和M2之间的距离每改变半个波长，其中心就“生出”或“消失”一个圆环。

两平面之间的距离增大时，其中心就吐出一个个圆环。

反之，距离件减小时中心就吞进一个个圆环，同时条纹之间的间隔（即条纹的稀疏）也发生变化。

在上表前两行中，顺时针调节小鼓轮，1M和M2之间的距离减小，因此会吞条纹。

第三行时是因为1M和M2之间的距离为零，产生了等厚的平行条纹。