实验2.3 迈克尔逊干涉及其应用(白光干涉)(2014年09月19日更新)

一、实验目的1. 理解并掌握迈克尔逊干涉仪的原理和结构。

2. 观察并分析等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象。

3. 测量氦氖激光的波长。

4. 学习使用迈克尔逊干涉仪进行长度和折射率的测量。

二、实验原理迈克尔逊干涉仪是一种基于分振幅法产生双光束的干涉仪。

它主要由分束板、反射镜、补偿板和观察屏组成。

当一束光入射到分束板上时，光束被分成两束互相垂直的光。

其中一束光经过反射镜M1后，再次经过分束板；另一束光经过反射镜M2后，也经过分束板。

这两束光在观察屏上发生干涉，形成干涉条纹。

1. 等倾干涉：当两束光的光程差为mλ（m为整数，λ为光的波长）时，干涉条纹呈现为一系列明暗相间的直线。

2. 等厚干涉：当两束光的光程差为mλ/2（m为整数）时，干涉条纹呈现为一系列等间距的明暗相间的圆环。

3. 非定域干涉：当两束光的光程差不是mλ或mλ/2时，干涉条纹呈现为一系列明暗相间的曲线。

三、实验仪器1. 氦氖激光器2. 迈克尔逊干涉仪3. 毛玻璃屏4. 精密导轨5. 读数显微镜四、实验步骤1. 将迈克尔逊干涉仪安装在精密导轨上，并调整好位置。

2. 打开氦氖激光器，将激光束入射到分束板上。

3. 调整反射镜M1和M2的位置，使干涉条纹清晰可见。

4. 观察并分析干涉条纹的特点，记录数据。

5. 改变反射镜M1和M2的位置，观察干涉条纹的变化。

6. 测量氦氖激光的波长。

五、实验结果与分析1. 通过观察干涉条纹，我们发现干涉条纹呈现为一系列明暗相间的圆环，符合等厚干涉现象。

2. 通过改变反射镜M1和M2的位置，我们发现干涉条纹的间距随光程差的变化而变化，符合等厚干涉的特点。

3. 通过测量干涉条纹的间距，我们计算出氦氖激光的波长为633.9nm。

六、实验结论1. 迈克尔逊干涉仪是一种基于分振幅法产生双光束的干涉仪，可以观察到等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象。

2. 通过观察干涉条纹的特点，可以分析光程差和波长之间的关系。

3. 迈克尔逊干涉仪可以用于测量长度和折射率。

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1M '。

白光干涉迈克尔逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空气是分开的，在其中的一支光路中放进被研究对象而不会影响另一支光路，据此，本实验将用它测量透明薄片的厚度或折射率。

［实验目的］1、学习一种测量透明薄片厚度或折合率的方法；2、进一步了解光的干涉现象及其形成条件；3、学习调节光路的方法。

［实验原理］首先了解迈克尔逊干涉仪产生等倾干涉和等后干涉的原理（见迈克尔逊干涉其他实验内容）。

迈克尔逊干涉仪作为测量波长的最常见实验仪器，使用氦氖激光器观察非定域干涉条纹或使用钠光源观察定域干涉条纹。

通常情况下，我们看到的都是等倾干涉，由于光程差与波长的关系，此时，用白光作光源时，由于各种波长的光所产生的干涉条纹明暗交错重叠，无法观察到可见的条纹。

结合迈克尔逊干涉仪产生干涉的原理，可以发现，移动M 1与M 2’大至重合时，视场中会出现直线干涉条纹，我们称之为等厚干涉条纹，此时换上白光光源，即可见到彩色直条纹，其中中央为一黑（暗）条纹，两旁对称分布的彩色条纹，稍远处即看不到任何条纹。

所以找到等光程位置，是观察到白光干涉条纹的必要条件。

由式：2222)21(2)2sin 21(2cos 2δδδδd d d d d −=−≈−==Δ （1）可知，在中央条纹位置，d δ可忽略，则Δ＝2d ，所以中央为直线条纹。

白光干涉的主要应用内容有对一透明薄片的测量，当正常调出彩色条纹时，我们在光路中放置一折射率为n ，厚度为ι的均匀透明薄片，由于光程发生的改变：Δ′＝l（n-1），原所见的条纹移出视场，将M 1向G 1方向前移Δd＝Δ′/2，使彩色条纹重现，由式：)1(2'−=Δ=Δn d l （2） 给定n ，读出Δd，可计算出透明薄片的厚度ι，反之给定透明薄片厚度ι，可计算出n 。

［实验步骤］1、 按干涉仪说明书，以氦氖激光器作光源为例，用投影屏观察，先调出等倾圆条纹，并使条纹基本居中。

2、 转动粗动手轮，使条纹逐渐变粗，当圆条纹变成直条纹时（从一个弯曲方向向另一个弯曲方向改变时），调节固定镜的两个微调螺钉，使直条纹变成铅垂方向。

迈克尔逊干涉仪的使用实验报告实验目的，通过使用迈克尔逊干涉仪，观察干涉条纹的产生及其变化规律，加深对干涉现象的理解。

实验仪器和材料，迈克尔逊干涉仪、激光器、准直透镜、半反射镜、反射镜、平行玻璃板、光学平台、调节螺钉等。

实验原理，迈克尔逊干涉仪利用干涉现象来测量长度、观察光波的相干性等。

当两束光线在干涉仪中相遇时，它们会产生干涉条纹，通过观察这些条纹的变化可以得到有关光波的信息。

实验步骤：1. 将激光器放置在光学平台上，并使用准直透镜使光线垂直射入迈克尔逊干涉仪。

2. 调节半反射镜和反射镜的角度，使两束光线在干涉仪中相遇并产生干涉条纹。

3. 通过调节反射镜的位置或倾斜角度，观察干涉条纹的变化，记录下不同条件下的条纹图案。

4. 使用平行玻璃板或调节螺钉改变其中一束光线的光程差，再次观察干涉条纹的变化。

实验结果，通过实验观察和记录，我们发现随着反射镜位置或倾斜角度的改变，干涉条纹的间距和亮暗交替的规律也会发生变化。

当改变光程差时，干涉条纹的数量和位置也会发生相应的变化。

实验结论，通过本次实验，我们进一步理解了干涉现象的产生原理，以及光程差对干涉条纹的影响。

迈克尔逊干涉仪的使用不仅可以观察干涉条纹，还可以用于测量长度和检测光的相干性，具有重要的科研和应用价值。

存在问题和改进方向，在实验中，我们发现调节反射镜位置和角度时需要非常小心，否则会导致干涉条纹的变化不明显或无法观察到。

因此，需要更加熟练地操作仪器，并且加强对光程差的调节，以获得更准确的实验结果。

自查报告编写人，XXX。

日期，XXXX年XX月XX日。