迈克尔逊干涉仪的调节与使用 演示文稿
迈克耳孙干涉仪的调节和使用
实验20 迈克耳孙干涉仪的调节和使用 实验目的1、 掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法；2、 调节和观察迈克尔逊干涉仪产生的干涉图，加深对各种干涉条纹特点的理解；3、 应用迈克尔逊干涉仪测定钠光和He-Na 激光的波长。
实验仪器迈克尔逊干涉仪 钠光源 激光源实验原理迈克耳孙干涉仪主要由两个相互垂直的全反射镜M 1、M 2和一个 45放置的半反射镜p 1组成，如图1所示，从光源S 来的光在p 1的半反射面上被分成反射光（1）和透射光（2），两束光的强度近似相等。
光束（1）射向M 1镜，反射折回通过p 1；光束（2）通过p 2射向M 2镜，反射后再通过p 2射至p 1的半反射面处再次反射。
最后这两束相干光在空间相遇产生干涉。
用屏或眼睛在E 处可以观察到它们的干涉条纹。
p 2是为了消除光束（1）和光束（2）的光程不对称而设置的，它与p 1有相同的厚度和折射率，它补偿了（1）、（2）两光束的附加光程图1差，称为“补偿板”。
由于从M 2返回的光线在分光板p 1第二面上反射，使M 1附近形成一平行于M 1的虚像'2M ，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M 1和M 2的反射，相当于自M 1和'2M 的反射。
由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。
实验中采用不同的光源会形成不同的干涉情况，即有“定域干涉”和“非定域干涉”。
1.当光源为单色点光源时，它发出的光被p 1分为光强大致相同的两图2 束光（1）和（2），如图2所示。
其中光束（1）相当于从虚像's 发出，再经过M 1反射，成像于'1s ；光束（2）相当于从虚像's 发出，再经过'2M 反射成像于'2s （'2M 是M 2关于p 1所成的像）。
因此，单色点光源经过迈克耳孙干涉仪中两反射光，可看作是从'1S 和'1S 发出的两束相干光。
在观察屏上，'1S 于'2S 的连线所通过0P 的程差为2d ，而在观察屏上其他点P 的程差为2dcosi （其中d 是1M 与'2M 的距离，i是光线对1M 或'2M 的入射角）。
迈克尔逊干涉仪的调节与使用 演示文稿
i i i
n1 n
M
三、实验测量原理
在迈克尔逊干涉仪中产生的 干涉相当于厚度为d 的空气薄膜所 产生的干涉，当M1与M2垂直时， 即M1与M2′平行时，可以观察到等
1 1' G G' 2 2' 2' 1' d M'2（M2的像） M1
倾干涉条纹。中心处两束相干光 的光程差为：
S
M2
δ = 2d
三、实验测量原理
思
考
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪还有没有其它的用途？
迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样 品，由条纹的变化测量有关参数，精度高。
两臂中放入空气柱，根据气压与空气密度 的关系，根据条纹的移动，测量空气密度与 空气折射率的关系。
思
考
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪还有没有其它的用途？
调出白光干涉条纹 （产生条件？如何调节？） 在光路中加入透明薄膜，移动动镜，重新 调出干涉条纹，根据动镜移动距离，推算 出薄膜折射率。 在光路中加入空气柱 ，将空气柱逐渐抽 真空， 根据干涉条纹的吞吐个数，推算 出空气折射率。
问题 1
迈克尔逊干涉仪
动镜移动时，条纹变化有何规律？
光程差减小，条纹陷入； 光程差增大，条纹冒出。
问题 2
迈克尔逊干涉仪
动镜移动时，条纹清晰度变化有何规律？
光程差减小，清晰度提高； 光程差增大，清晰度减小。
问题 3
条纹清晰度变化产生原因？
迈克尔逊干涉仪
钠黄光存在两种波长成分。
根据条纹清晰度近周期变化 测量钠黄光波长差
∆B =
0.0001 mm , 3
∆ = ∆A 2 + ∆B 2
再计算λ的不确定度∆λ
实验314迈克尔逊干涉仪的调整与使用讲义
实验3.14 迈克尔逊干涉仪的调整与使用实验简介迈克尔逊干涉仪是一种分振幅的双光束干涉测量仪器，是美国科学家迈克尔逊（A.A.Michelson）于1881年设计制造的一种精密干涉测量仪器，可用于测量光波波长、折射率、物体的厚度及微小长度变化等，其精度可与光的波长比拟。
迈克尔逊干涉仪在历史发展史上起了很大的作用，迈克尔逊及其合作者曾用此仪器做了“以太漂移”实验、用光波波长标定米尺长度、推断光谱精细结构三项著名实验，第一项实验解决了当时关于“以太”的争论，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础，第二项实现了长度单位的标准化（用镉红光作为光源标定标准米尺长度，建立了以光波为基准的绝对长度标准），第三项工作研究了光源干涉条纹可见度随光程差变化的规律，并以此推断光谱。
迈克尔逊和莫雷因在这方面的杰出成就获得了1907年诺贝尔物理学奖。
迈干仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性，根据迈克尔逊干涉仪基本原理发展的精密干涉测量仪器已经广泛应用于生产和科研领域。
因此，了解它的基本结构，掌握其使用方法很有必要。
实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理，掌握其调试方法2、学会观察非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及白光干涉条纹3、学会用迈克尔逊干涉仪测量激光波长及钠光双线波长差实验原理1、迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理迈干仪由分光镜1G 、补偿板2G 、两反射镜1M 、2M 和观察屏E 组成，分光镜的后表面镀有半透半反射膜，将入射光分成两束，一束透射光1，一束反射光2，这两束光分别被1M 、2M 反射后，经半透半反射膜的反射和透射在观察屏上相遇，由于这两束光是相干光，在屏上干涉产生干涉条纹，其光路如上图所示。
‘2M 是2M 被分光镜反射所成的像，光束1和光束2之间的干涉等效于1M 、‘2M 之间空气膜产生的干涉。
补偿板是一个与分光镜平行放置且材料、厚度完全相同的玻璃板，其作用是补偿两束光使得两束光在玻璃中的光程相等。
迈克尔逊干涉仪的调整和使用
150 37.07750 400 37.15680 250 0.07930
200 37.09330 450 37.17255 250 0.07925
干涉环变化数 k2 位置读数 环数差
d2 mm
k k2 k1
di d2 d1 mm
平均值
代入数据
d
d
i 1
2 0.00004 U mm 3 1010 m k 250 2U d
测量结果表示
U (6337 3) 1010 m
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
测量结果的相对误差
标 测 6328 6337 0 E 100 0 100 0 0 0.14 0 0 标 6328
M1 '
S
1'
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
3、白光照射下看到彩色干涉条纹 条件：对于等倾干涉，要求 d 接近于零；对于等厚 干涉，只有ห้องสมุดไป่ตู้ M1′、M2 交线附近才可以看到。
点光源照明产生的干涉图（非定域干涉） 两个相干的单色点光源所发出的球面波在空间多 处相遇皆可产生干涉，此干涉不局限于某一特定区域， 称为非定域干涉。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
五、数据处理
干涉环变化数 k1 位置读数
d1 mm
0 37.03005 250 37.10915 250 0.07910
50 37.04590 300 37.12505 250 0.07915
100 37.06170 350 37.14095 250 0.07925
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
四、实验内容
迈克尔逊干涉仪的调节
迈克尔逊干涉仪的调节和使用36页PPT
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地
迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告
迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告一、仪器调节1.调整镜面平行度：首先放置迈克尔逊干涉仪的光源，然后用手将光源移动，调整反射平面镜的角度，使光线在迈克尔逊干涉仪的整个光路中都能自由传播。
2.调整分束镜：使用一张透明的玻璃片将光线分束，再观察平行光束通过分束镜后是否能刚好落在平面镜的表面上，如果不能，则需要调整分束镜的位置，直到两束光线都能够平行而且刚好敲在平面镜上。
3.调整反射镜：迈克尔逊干涉仪中的反射镜有一个活动镜面，需要调整其位置，使两束光线在平面镜上反射时能够准确地再次合成一束光线，从而形成干涉现象。
4.调整干涉条纹：最后，可以在观察屏幕上是否能够清晰地看到干涉条纹，在实验过程中可以适当调整光源的位置或者调整反射镜的倾斜角度，以获得更好的干涉效果。
二、实验使用1.实验准备：首先设置好迈克尔逊干涉仪，并确保调节好仪器，使光线能够正常穿过仪器。
2.实验操作：将待测光源置于迈克尔逊干涉仪的一个光路中，调整干涉仪中的反射镜位置，使干涉条纹清晰。
然后，改变待测光源的位置，测量干涉条纹的移动量，利用已知的反射器间距和探测器移动的距离，可以计算得到光的速度。
3.数据处理：使用测得的数据和已知的仪器参数，进行计算和分析。
根据测得的干涉条纹移动量和已知的反射器间距，利用干涉仪的原理和公式，计算得到光的速度。
5.讨论和结论：根据实验结果，对实验中的不确定因素进行讨论，并得出结论。
如果实验结果与理论值一致，说明测量方法正确并且仪器使用正常；如果存在差异，可以分析差异的原因，并进一步完善实验方法或改善仪器使用的条件。
总之，迈克尔逊干涉仪是一种常见的用于测量干涉现象的仪器，通过调节和使用可以进行光速测量、薄膜厚度测量等实验。
在进行实验操作时，需要注意仪器的准确调节和数据的准确处理，以确保实验结果的可靠性。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用ppt课件
G2及反射镜M2中心大致等高，且三者连线大 致垂直于M2镜。适当调理光源及扩束透镜的 位置使得在E处视野可看到均匀的亮斑。 2、等倾干涉条纹的调理 1〕转动粗动手轮，尽量使M1、M2距分光板后 外表的间隔相等。
迈克耳逊干涉仪的调理
2) 在扩束透镜和分光板之间，放置笔尖，用肉眼直接 察看笔尖多个投影，调整M1反射镜〔或M2反射镜〕 镜后螺丝，使笔尖2个投影重合，即可察看到等是分振幅干涉。 S 设薄膜上下外表平行。如图2 a1与a2的光程差为
a1 a2 iD
L2ncdoi s
dA B
n
C
即入射角一样的点的光程 差 L一样，故称等倾干涉。 干涉图样为同心圆。
图2 面光源产生的等倾干涉
2ndc ois(2KK1) 2
〔明条纹〕 〔暗条纹〕
实验原理
5) 丈量前应转动微调手轮，挪动M1反射镜，察看等 倾条纹的变化情况。选择适宜一段区间，以利完成 丈量。
等
倾
干
涉
条 纹
M2
M 2 M 2 与 M1'
M 1'
M1' 重 合
M 1'
M 1'
M2
M2
等
厚
干
涉
条
M2
M2
M2
纹
M 1'
M1' M1'
M 1'
M 1'
M2
M2
条纹的可见度问题
运用的光源包含两种波长λ1 及λ2 , 且λ1 和λ2 相差很 小。 1、当光程差同时为两种波长λ1 及λ2 的半波长整数倍， 即L = mλ1 /2= nλ2/2 ，此时两个波长的亮纹叠加，可 见度最正确； 2、当光程差为L = mλ1 /2 = (n +0.5) λ2/2 时, 两种光 产生的条纹为重叠的亮纹和暗纹, 使得视野中条纹的 可见度降低, 假设λ1 与λ2 的光的亮度又一样, 那么条 纹的可见度为零, 即看不清条纹了。
实验迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验迈克尔逊干涉仪的调节和使用光的干涉是重要的光学现象之一,是光的波动性的重要实验依据。
两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象，即光的干涉现象。
光的波长虽然很短(4×1０-７～8×10—７m之间）,但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得。
根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式,可以推出微小长度变化（光波波长数量级)和微小角度变化等，因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。
迈克尔逊干涉仪(如图1）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。
在近代物理和近代计量技术中,如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。
利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。
【实验目的】1．了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构，学习其调节方法。
2。
调节和观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象;3.测量Ｈe—Ne激光的波长．【实验仪器】迈克耳逊干涉仪，Hｅ—Ne激光器,扩束透镜，毛玻璃，接收屏．【实验原理】:图１迈克耳逊干涉仪是利用半透膜分光板的反射和透射，把来自同一光源的光线用分振幅法分成两束相干光。
以实现光的干涉的一种仪器,它是用来测量长度或长度变化的精密光学仪器.下面介绍其结构及测量原理。
1迈克耳逊干涉仪结构简介1ｍm的精密丝杠,丝杠的一端与齿轮系统相连接.转动鼓轮或微调鼓轮都可使丝杠转动,从而带动滑块及固定在滑块上的反射镜M1沿着导轨移动．反射镜Ｍ1的位置读数由台面一侧的毫米标尺、读数窗9内的鼓轮刻度盘的读数（最小刻度为0。
01mm),及微调鼓轮刻度盘读数（最小分度为)读出。
反射镜M2固定在导轨的一侧．Ｍ１，Ｍ2两镜的背面各有三个调节螺钉，用以调节镜面的方位。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用ppt课件
2en2 2
对应条纹级次最高
物理实验教学中心
沈阳城市学院
• 迈干仪的干三涉实原验理测量原理
反射镜 M1
M1 移动导轨
M1 M2
扩束镜
反
单
射
色 光
镜
源
M2
分光板 G1
补偿板 G 2
G1//G 2 与 M1, M2 成 450角 物理实验教学中心
沈阳城市学院
M2 的像 M'2 反射镜 M1
d
迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献
• 1907年迈克尔逊因为“发明光学干涉仪并使用 其进行光谱学和基本度量学研究” 而成为美国 历史上第一位诺贝尔物理学奖获得者。 1910-1911年担任美国科学促进会主席。
• 1923-1927年担任美国科学院院长。 月球上的一个环形山是以他的名字命字。
• 1931年5月9日逝世于加利福尼亚的帕萨迪纳。
物理实验教学中心
沈阳城市学院
数据处理及分析
1.用逐差法计算He－Ne激光的波长.
di＝di4 di
d
＝
i
di 4
＝2 di
k
2.将测得波长λ与公认值λs进行百分差比较. He-Ne激光：λs =632.8nm
3.计算钠双线的波长差，并与公认值Δλs进行百分差比较.
钠光平均波长：λ12=589.294nm钠光双线：Δλs=0.597nm
观察干涉圆环的环心，如增大d，k也增大，环 心的级次也增大，环心不断冒出环纹，环纹增多 变密；如减小d，则发生相反的情景，环心不断 缩入环纹，条纹减市学院
实 验 内容
物理实验教学中心
沈阳城市学院
一、调整迈克尔逊干涉仪及其光路
（1）粗调：① 将M1、M2方位螺钉和拉簧调至半松半紧状态 ② 调激光器方位，使反射光大致对 称分布
实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用
实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用一、实验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的原理及结构。
2.学会迈克尔逊干涉仪的调整，基本掌握其使用方法。
3.观察各种干涉现象，了解它们的形成条件。
二、实验仪器1.WSM-200型迈克尔逊干涉仪一台2.HNL-55700多束光纤激光源一台三、实验原理3.1迈克耳孙干涉仪的构造图1为迈克尔逊干涉仪的结构示意图\反光彊2大转轮血臨严光镜」补偿片转叫导轨直尺丄图后）:::：■：:: :：斗” ■-、反光镜- 调节蠟钉*」（_各3尘微调转轮图1迈克尔逊干涉仪的结构示意图仪器包括两套调节机构，第一套调节机构是调节反光镜 1的位置。
旋转大转 轮和微调转轮经转轴控制反光镜1在导轨上平移；第二套调节机构是调节反光镜 1和反光镜2的法线方向。
通过调节反光镜1、2后面的调节螺钉以及反光镜 2 的两个方向拉杆来控制反光镜的空间方位。
在仪器的中部和中部偏右处，分别固定安装着分光镜和补偿片，其位置对仪 器的性能有重要影响，切勿变动。
在补偿片的右侧是反射镜 2,它的位置不可前 后移动，但其空间方位是可调的。
反射镜1和反射镜2是通过金属弹簧片以及调节螺钉与支架弹性连接的， 调节反射镜支架上的三颗调节螺钉，改变弹簧片的压力，从而改变反射镜面在空间 的方位。
显然，调节螺丝钉过紧或太松，都是不利于调节反射镜方位的错误操作。
反射镜1在导轨上的位置坐标值，由读数装置读出。
该装置共有三组读数机 构：第一组位于左侧的直尺 G,刻度线以mm 为单位，可准确读到毫米位；第二 组位于正面上方的读数窗C 2，刻度线以0.01mm 为单位，可准确读出0.1和0.01毫米两位；第三组位于右侧的微动转轮的标尺 G ，刻度线以0.0001mm 为单位, 可准确读0.001和0.0001毫米两位，再估读一位到0.00001毫米。
实际测量时,分别从C 、C 2各读得2位数字、从C 3读得3 位（包括1位估读）数字，组成一个7位的 测量数据，如图2所示。
迈克尔逊干涉仪的调整和使用
2 迈克尔逊干涉仪的调整和使用仪器简介迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷发明的分振幅法双光束干涉仪，其主要特点是两相干光束分得很开，且它们的光程差可通过移动一个反射镜（本实验采用此方法）或在一光路中加入一种介质来方便地改变，利用它可以测量微小长度及其变化，随着应用的需要，迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式。
迈克尔逊干涉仪的结构如图，一个机械台面5固定在较重的铸铁底座2上，底座上有三个调节螺丝钉1，用来调节台面的水平。
在台面上装有螺距为1毫米的精密丝杆6，丝杆的一端与齿轮系统12相连接，转动手轮13或微调鼓轮15，都可使丝杆转动，从而使卡在丝杠上的平面镜M 2沿着导轨7移动。
M 2镜的位置及移动的距离可从装在台面左侧的毫米标尺（未画出）、读数窗11及微调鼓轮15上读出。
手轮和微调鼓轮圆周均被分成100小格，微调鼓轮每转一周，手轮就转过1格；手轮每转过一周（由读数窗读出），M 2镜就平移1毫米。
由此可见，三个位置读数时，最小刻度有如下关系：毫米标尺（直线）∶手轮（读数窗）∶微调鼓轮（刻度圆周）＝104∶102∶1根据有效数字的特点，在微调鼓轮圆周上还可估读一位，即以毫米为单位记录M 2镜的位置时，应保留到10-5。
M 1镜是固定在镜台上的，M 1 、M 2两镜的后面各有三个螺丝钉4，可改变镜面倾斜度（实验中只调节M 1镜后的螺丝），M 1镜台下面还有一个水平微调螺丝和一个垂直微调螺丝，其松紧使镜台产生一极小的形变，从而可以对M 1镜的倾斜度作更精细的调节，G 1和G 2分别为分光板和补偿板。
M 1 、M 2和G 1的内表面都镀了银（便于反射光线，其中G 1的内表面为半反射面）。
在操作及测量读数时要注意：(1)分光板G 1、补偿板G 2和平面镜M 1（M 2）均成45°角，且已固定在基座上，调节时动作要轻，不得强扳。
(2)分光板G 1、补偿板G 2、平面镜M 1和平面镜M 2均为精密光学元件，必须保持清洁，切忌6精密丝杆(附标尺)11 读数窗 12 13 15 14 16触摸或拆卸，也不要擦拭光学表面。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用(正式报告)
迈克尔逊干涉仪的调节和使用一、实验目的1. 了解迈克耳孙干涉仪的结构和干涉条纹形成的原理2. 掌握迈克耳孙干涉仪的调节方法3. 掌握利用迈克耳孙干涉仪测量钠光的波长及其波长差的方法4. 学习获得白光干涉的方法和步骤，并会测量透明介质的折射率二、迈克尔逊干涉仪的结构与干涉条纹的形成原理1 迈克尔逊干涉仪的光路图图一迈克尔逊干涉仪光路图中光线从S发出，经过A分光板分为两束，其中反射的一束射到M1之后再度返回射至分光板，此时光线再度分为两束，反射光原路返回而透射光射到图一中o点，同时也是成像位置。
透射的光线则经过B到达反射镜M2，再度反射到达A，其中的反射光也到达刚才的o 点位置，两束光除相位之外的其他性质均相同（主要原因是频率与振幅相同），产生干涉。
B为补偿板，主要目的是便于计算光程差。
上述B板已经根据第一次的反射光两次经过分光板的光程对透射光光程进行了调整，所以两光线之间的光程差只在于从分光板到反射镜M i(i=1,2)的距离之差。
所以通过反射镜的位置调整即可实现对光程的调整。
2 迈克尔逊干涉仪的具体结构图二迈克尔逊干涉仪的具体结构实验用迈克尔逊干涉仪通过调节接受第一次的反射光的反射镜来进行不同光的光路调节，在粗调手轮之外有微调手轮，可以进行动镜位置的调节，光源正对定镜入射。
在正式实验之前，需要对定镜以及动镜的取向进行一定的调整。
三、仪器的调节方法1 凸透镜的调节调节凸透镜使得视野之中充满光亮的情况，用光屏在两处反射镜确定光的范围，调节凸透镜直到反射镜被充分照亮。
2 干涉仪的调整首先调节水平调节螺钉，确定干涉仪水平放置。
调节外光路，使得光完全照亮半透半反镜和反射镜，而且两个光路大致等光程（光程从半透半反镜的后表面银膜量起，调节光程使用粗调手轮。
）。
然后在凸透镜与反射镜之间的位置放置笔尖。
调节动镜与定镜的调节螺钉使得多重影子重叠（先调节水平方向重叠，然后进行竖直方向的调整）。
3 实验中遇到的问题及其解决（1）干涉条纹始终不稳定，随人眼的左右移动吞吐首先确定人眼左右移动时吞吐条纹的方式，以此确定平面反射镜与另一个反射镜之间的不平行程度，并以此调节定镜的螺钉。
实验八 迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验八迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验八迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】１．掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法；２．调节和观察迈克尔逊干涉仪产生的干涉图，加深对各种干涉条纹特点的理解。
【实验仪器和设备】迈克尔逊干涉仪、He~Ne激光器、扩束镜、小孔光阑、白炽灯、毛玻璃显示屏。
【实验原理】一、迈克尔逊干涉仪简介迈克尔逊干涉仪是一百多年前，物理学家迈克尔逊为了要测量“以太风”而设计出来的一种精密测长仪器，它是用“光的分振幅法”，将一束光分成两束相干光，经过分得很开的路径以后重新相遇而干涉的原理制成的。
由于仪器设计得巧妙，用途广泛，测量长度精密准确，为当时空前启后的发明，从而迈克尔逊获得1907年的诺贝尔奖。
实验室最常用的迈克尔逊干涉仪其原理图和结构图如图１所示。
[1]底座 [2]水平调节螺钉脚 [3]导轨架 [4]丝杆 [5]拖板 [6]动镜M1 [7]调节螺钉（3只） [8]定镜M2 [9]调节螺钉 [10]水平拉簧螺钉 [11]垂直拉簧螺钉[12]分光板 P1 [13]补偿板P2 [14]粗调手轮 [15]读数窗口 [16]微调手轮 [17]米尺[18]支架杆和夹紧螺丝 [19]显示屏M1和M2是在互相垂直的两臂上旋转的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺旋，用来调节镜面的方位；M2是固定的，M１由精密丝杆控制，可向臂轴前后移动，其移动距离由－２－４转盘读出。
仪器前方粗动手轮值为１０mm，右侧微动手轮的分度值为１０mm，可估－５读至１０mm，两个读数手轮属于蜗轮蜗杆传动系统。
在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成４５°的平行平面玻璃板P1 ，且在P1的第二平面是镀以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近似相等的反射光１和透射光２，故P１板又称为分光板。
P2也是一平行平面玻璃板，与P１平行放置，厚度和折射率均与P1相同。
由于它补偿了1和2之间附加的光程差，故称为补偿板。
从扩展光源S射来的光，到达分光板P1后被分成两部分，反射光1在P1处反射后向着M1前进；透射光2透过P1后向着M2前进，这两列光波分别在M1、M2上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E处，既然这两列光波来自光源上同一点，因而是相干光，在E处的观察者都能看到干涉图样。
实验八迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验⼋迈克尔逊⼲涉仪的调节和使⽤实验15 迈克⽿孙⼲涉仪的调节与使⽤19世纪末，美国物理学家迈克尔孙（A.A.Michelson ）为测量光速，依据分振幅产⽣双光束实现⼲涉的原理，设计制造了迈克尔孙⼲涉仪这⼀精密光学仪器。
迈克尔孙与其合作者⽤这仪器完成了相对论研究中具有重要意义的“以太”漂移实验，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。
在近代物理学和近代计量科学中，迈克尔孙⼲涉仪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。
迈克尔孙1907年获诺贝尔物理学奖。
迈克尔孙⼲涉仪的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。
近年来，美国物理学家正在⽤40m×40m 的迈克尔孙⼲涉仪探测引⼒波。
1 [实验⽬的]1.1了解迈克⽿孙⼲涉仪的基本结构，学习其调节和使⽤⽅法。
1.2观察各种⼲涉条纹，加深对薄膜⼲涉原理的理解。
1.3测定激光的波长。
2 [实验仪器]迈克⽿孙⼲涉仪(WSM-100型)，多束光纤激光器，钠光灯。
3 [仪器介绍]WSM-100型迈克⽿孙⼲涉仪的主体结构如图16-1所⽰，主要由底座、导轨、拖板、定镜、读数及传动系统、附件等六个部分组成。
3.1底座底座由⽣铁铸成，较重，确保证了仪器的稳定性。
由三个调平螺丝9⽀撑，调平后可以拧紧锁紧圈10以保持座架稳定。
3.2导轨导轨7由两根平⾏的长约280毫⽶的框架和精密丝杆6组成，被固定在底座上精密丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1毫⽶，如图16-2所⽰。
3.3拖板部分拖板是⼀块平板，反⾯做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下⽅是精密螺母，丝杆穿过螺母，当丝杆旋转时，拖板能前后移动，带动固定在其上的移动镜11（即M 1）在导轨⾯上滑动，实现粗动。
M 1是⼀块很精密的平⾯镜，表⾯镀有⾦属膜，具有较⾼的反射率，垂直地固定在拖板上，它的法线严格地与丝杆平⾏。
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思
考
迈克ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪还有没有其它的用途？
迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样 品，由条纹的变化测量有关参数，精度高。
两臂中放入空气柱，根据气压与空气密度 的关系，根据条纹的移动，测量空气密度与 空气折射率的关系。
思
考
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪还有没有其它的用途？
调出白光干涉条纹 （产生条件？如何调节？） 在光路中加入透明薄膜，移动动镜，重新 调出干涉条纹，根据动镜移动距离，推算 出薄膜折射率。 在光路中加入空气柱 ，将空气柱逐渐抽 真空， 根据干涉条纹的吞吐个数，推算 出空气折射率。
二、实验仪器
迈克尔逊干涉仪 观察孔
迈 克 尔 逊 干 涉 仪
板
分光板
光源
反射镜M 反射镜 1
反射镜M 反射镜 2
三、实验测量原理
等倾干涉原理 (n2 >n1，薄膜上下表面平行) ，薄膜上下表面平行)
迈克尔逊干涉仪
2与3的光程差为：
∆ = n2 ( AB + BC ) − n1 AD +
= 2en2 cos γ +
问题 1
迈克尔逊干涉仪
动镜移动时，条纹变化有何规律？
光程差减小，条纹陷入； 光程差增大，条纹冒出。
问题 2
迈克尔逊干涉仪
动镜移动时，条纹清晰度变化有何规律？
光程差减小，清晰度提高； 光程差增大，清晰度减小。
问题 3
条纹清晰度变化产生原因？
迈克尔逊干涉仪
钠黄光存在两种波长成分。
根据条纹清晰度近周期变化 测量钠黄光波长差
四、实验数据要求
每间隔50条条纹记录数据
d1
迈克尔逊干涉仪
d2
∆d
∆d
1 2 3 4 5 6 7
2 ∆d λ= ∆k
∆k = 50
四、实验数据要求
简单求解不确定度
先计算∆d的不确定度∆
迈克尔逊干涉仪
( ∆d 1 − ∆ d )2 + ( ∆ d 2 − ∆ d )2 + L + ( ∆ d 7 − ∆ d )2 mm ∆A = 7 × (7 − 1 )
迈克尔逊干 涉仪 系列实验
一、实验目的及要求
• 加深干涉原理的理解；
迈克尔逊干涉仪
• 迈克尔逊干涉仪的结构、调整和使用方法；
• 测量钠光波长及钠黄光波长差； • 利用白光干涉测量薄膜折射率； • 空气折射率的测定。
二、实验仪器
迈克耳逊干涉仪的历史背景
迈克尔逊干涉仪
迈克耳逊（Albert Abrham Michelson ,1852 -1931），著 名的实验物理学家。因其在光学精密仪器、光谱学与计量 学研究所作的贡献于1907年获诺贝尔物理学奖。 1883年美国物理学家迈克耳逊和莫雷合作，为研究 “以太”漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。实验 结果否定了以太的存在，解决了当时关于“以太”的争论， 并为爱因斯坦发现相对论提供了实验依据。
∆B =
0.0001 mm , 3
∆ = ∆A 2 + ∆B 2
再计算λ的不确定度∆λ
2 ∆λ = ∆ ∆k
∆k = 50
五、实验注意事项
• • • • • • • • 必须了解仪器的操作和使用方法后方才可开始实验。
迈克尔逊干涉仪
为了使测量结果正确，必须避免引入空程，应将手轮按原方向转几圈，直到 干涉条纹开始均匀移动后，才可测量。 在调节和测量过程中，一定要非常细心和耐心，转动手轮时要缓慢、均匀， 切忌用力过猛。 轻拿轻放，避免使光学仪器或元件受到冲击或震动、摔落。 切忌用手触摸元件的光学表面，应拿取磨砂面或边缘。 不能对着光学元件说话、咳嗽、打喷嚏。 绝对不许用手触摸各光学元件，光学表面有灰尘或污痕，可用镜头纸、丙酮 进行处理，切忌用手、衣服等。 实验完毕，数据经检查后方可拆除光路，整理仪器，一切复位。
i i i
n1 n
M
三、实验测量原理
在迈克尔逊干涉仪中产生的 干涉相当于厚度为d 的空气薄膜所 产生的干涉，当M1与M2垂直时， 即M1与M2′平行时，可以观察到等
1 1' G G' 2 2' 2' 1' d M'2（M2的像） M1
倾干涉条纹。中心处两束相干光 的光程差为：
S
M2
δ = 2d
三、实验测量原理
2 2 2 1
λ
2
n1
S 1 i A
γ
P 2 D i 3 C e B L
λ
2
2
= 2e n − n ⋅ sin i +
λ 2k 2 ∆= 2( k + 1 ) λ 2
λ
2
n2
n1
( k = 1 ,2 , ......) ( k = 0 ,1 ,2 , ......)
加强 明纹 减弱 暗纹
三、实验测量原理
2 干涉条纹的级次k仅与倾角i 有
迈克尔逊干涉仪
∆ = 2e n − n ⋅ sin i +
2 2 2 1 2
λ
关，点光源S发出的光线中，具有
a' a b b'
P L
同一倾角的反射光线会聚干涉，形 成同一级次圆环形干涉条纹，称为
S
等倾干涉条纹。 条纹中心处，入射角i=0 λ ∆ = 2 en2 + 2 对应条纹级次最高。
若中心处为明条纹，则
迈克尔逊干涉仪
δ 1 = 2d = k 2 λ 若改变反射镜的位置，使 中心仍为明条纹，则 δ 2 = 2( d + ∆d ) = k 2 λ
1 ∆d = ( δ 2 − δ 1 ) 2 1 1 = ( k 2 − k1 )λ = ∆kλ 2 2 2 ∆d λ= ∆k
只要测出干涉仪中M1移动的距 离∆d,并数出相应的“吞吐”环 数∆k,就可求出λ.