迈克尔逊干涉仪
《迈克尔逊干涉仪》课件
提高测量精度的措施
使用高精度仪器
选择加工精度高、装配精度高的迈克 尔逊干涉仪，能够减少仪器本身带来 的误差。
细致调整
在实验前对迈克尔逊干涉仪进行细致 的调整，确保干涉条纹完全对齐，以 减小调整误差的影响。
控制环境因素
尽可能在恒温、无气流和振动的环境 中进行实验，以减小环境因素对实验 结果的影响。
重复测量
等方面将更加智能化和自动化。
03
多功能化与拓展应用
未来迈克尔逊干涉仪将进一步拓展应用领域，不仅局限于光学和物理学
，还将应用于化学、生物学等领域，实现更多功能和应用。
THANKS
感谢观看
折射率测量
迈克尔逊干涉仪可以用于测量介质的 折射率，这对于光学玻璃、晶体等材 料的检测和表征具有重要意义。通过 干涉仪测量折射率，可以获得高精度 的结果。
光学玻璃的检测
光学玻璃的折射率
迈克尔逊干涉仪可以用于检测光学玻璃的折射率，这对于光学仪器的制造和校准具有关键作用。通过干涉仪测量 折射率，可以确保光学元件的性能和精度。
光学玻璃的均匀性
迈克尔逊干涉仪还可以用于检测光学玻璃的均匀性，即检查玻璃内部是否存在杂质或气泡。通过观察干涉条纹的 变化，可以判断玻璃的质量和加工工艺。
物理实验中的重要工具
基础物理实验
迈克尔逊干涉仪是许多基础物理实验的重要工具，如光速的测量、光的波动性研究等。通过使用迈克 尔逊干涉仪，学生可以深入理解光的干涉原理和波动性质。
暗物质与暗能量研究
迈克尔逊干涉仪可以用于寻找暗物质和暗能量的线索，帮助解决宇宙 学中的重大问题。
迈克尔逊干涉仪在技术领域的应用前景
1 2 3
量子信息技术
迈克尔逊干涉仪是量子通信和量子计算中的关键 组件，对于量子密钥分发和量子纠缠态的制备具 有重要意义。
迈克尔逊干涉仪.
L2
R2
1Leabharlann 2Ld d 2 L2 R2
1 16L2d 2 8 L2 R2
2Ld L2 R2
1
dR2
L( L2
R
2
)
由上图的三角关系，上式可改写为
2d (cos ) 1
d L
sin
1)
2
,
干涉减弱
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。
三 实验原理
1. 仪器结构
反射镜 M1
二 预备知识
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：
I I1 I2 2 I1I2 cos(20 10 )
令
20 10
2k
干涉加强
20 10 (2k 1) 干涉减弱
光程：光波实际传播的路径与折射率的乘积。
强度足够大的
点光源。
S
θ
S2
d
M1
M2'
G1
G2
M2
L
RA O
E
由S1S2到屏上任一点A，两光线的光程差为
s2 A s1A
(L 2d )2 R2 L2 R2
L2 R2
4Ld 4d 2
迈克尔逊干涉仪
角度不大、板厚很小条件下可形成劈尖
型等厚干涉条纹。
C
M1
等倾干涉条纹 d
当M1与M2垂直时，即M1
θ
A
θ
D
B
M2'
1
与M2’平行时，可以观察到内
2
疏外密的圆形等倾干涉条纹。
S
当d一定时，光程差只决定于入
只要测出干涉仪中M1移动的
射角θ，这种相同倾角的光所产生
的干涉，称为等倾干涉。
距离∆d,并数出相应的“吞吐”
M1
M
' 2
M1
M
' 2
M 2'
M1
M
' 2
M 2'
M1
M1
改变M1、M’2间夹角的大小，观察条纹的疏密变化
3）观察白光干涉条纹
在等厚干涉的基础上，将光源
为白光源，细心缓慢地旋转微动手 轮，找到“零程”位置，在M1、M2’虚 平板的交线附近就会出现彩色条纹。
记录观察到的条纹形状、特点 和颜色分布。
利用光的干涉 仪测定地球相对于 以太的运动，证明 了光速在不同方向 都是相等的。该实 验结果否定了“以 太”的存在，为爱 因斯坦建立狭义相 对论提供了实验依 据。
1892年，迈克耳孙首次系统地研 究了光谱地精细结构，在现代原 子理论中起了重要地作用。
迈克耳孙以镉红线波长为单位来表 示国际米，为自然基准（光波波长） 代替实物基准（铂铱米原器）准备 了条件。
位置：在d=0附近 特点：中央为直线黑纹
两旁是对称分布的彩色花纹 产生的原因：
d=0时，各种波长的光其光程差均为0 。 由于补偿板的作用，实现了“0级干涉条纹 无色散”。 利用白光的中央花纹，可以确定d=0的位置。
迈克尔逊干涉仪
对于牛顿环中玻璃和 空气的界面来说
I反射 I透射 I2 I3
I5 I4
n n
1
2
S
●
1
2
n1
A
n2
3 C
d
n1
BE 5 4
一，透镜不引起
附加光程：不同光线通过透镜要改变传播方向，
不会引起附加光程差
Aa
Bb
Cc
A、B、C 的相位
F 相同，在F点会聚，
互相加强
可见 A、B、C 各点到F不点同的光程都相等。
Imin I1 I2 2 I1I2
V I max I min I max I min
Imax I1 I2 2 I1I2
Imin I1 I2 2 I1I2
V 4 I1I2
2
I2
I1
2 I2 I1
2(I1 I2 ) 1 I2 I1 1 ( I2 I1 )2
半透半反膜
M2 2 M1 G1 G2 M1
1
2 1
E
1907年，迈克耳逊获得诺贝尔奖
例1
M2
如图在光路2中，
插入厚度为h 的玻璃板， 已知测得条纹冒出的数目为N， S
2
G1 G2 M1
1
所用光源的波长为λ，
求玻璃的折射率n
解：
半透半反膜
插入厚度为h 的玻璃板
2 1
E
使的光束2要比光束1多走一段光程，
I I1 I2 2 I1I2 cos
2 1 (k1r1 k2r2 )
I1、I2 为两束光的光强，不随空间位置而变化
为相遇处两束光的相位差，
空间不同处， 不同
迈克尔逊干涉仪
动镜移动精度(微调)：0.0004mm动镜移动精度(粗调)：0.01mm
动镜移动距离(微调)：1mm动镜移动距离(粗调)：12mm
分束板和补偿板平面度：≤1/20λ激光输出功率：0.8-1mW
仪器成套性
迈克尔逊干涉仪主机、He-Ne激光器、一维可调升降底座等
可选附件
低压钠灯、白光源、法布里珀罗标准具、气室部件(气室、压力表、压气球)
大调距反光镜
迈克尔逊干涉仪的使用注意：
干涉仪是精密光学仪器，使用中不能触摸光学元件光学表面；不要对着仪器说话、咳嗽等；测量时动作要轻、要缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动。测量时还要认真做到：
1.在调整反射镜背后粗调螺钉时，不可旋得太紧，用来防止镜面的变形，先要把微调螺钉调在中间位置，以便能在两个方向上作微调，一定要轻、慢，决不允许强扳硬扭。
大调距反光镜
包括：法布里-珀罗多光束系统
（3）产品型号：WSM-200
产品特点：动镜定镜二维调节，演示和观察干涉现象,
动镜范围200mm
测定单色光波长，最小读数0.0001mm
大调距反光镜
（4）产品型号：WSM-100
产品特点：动镜定镜二维调节，演示和观察干涉现象,
动镜范围100mm
测定单色光波长，最小读数0.0001mm
经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反射的光通过分光板只一次。补偿板的设置是为了消除这种不对称。在使用单色光源时，可以利用空气光程来补偿，不一定要补偿板；但在复色光源时，由于玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可或缺的。
应用：
主要用于长度和折射率的测量，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。
迈克尔逊干涉仪
解：根据题意：
2d k 2d (k 10)
2d cos (k 10) 2dcos (k 10 5)
解得： k 20
迈克尔逊
（A.A.Michelson）
美籍德国人 因创造精密光学仪器，用 以进行光谱学和度量学的 研究，并精确测出光速， 获1907年诺贝尔物理奖。
迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心。
反射镜M2
扩束镜
反射镜M1
激光器
分光板 观察屏
补偿 板
二、迈克尔逊干涉仪的原理
M1的虚像位于 M1 ，M1~M2 可 以看成一空气膜
N 2(n 1)d / 0
M2
(2) (2)
d
M1
O
十字 叉线
(1) (1)
C
条纹移
过N条
等厚条纹
三、迈克尔逊干涉仪的应用
想一想
如何测量气体的折射率？ 装入气体 抽真空
L
气体室
n 1 N0 2L
M2
(2) (2)
M1
(1)
(1)
O
C
等厚条纹
三、迈克尔逊干涉仪的应用
测量气体 的折射率
n N0 1
(1) 当M1与M2垂直， 会产生等倾条纹。
M2
(2) (2) M1
M1
(1) (1)
O
C
二、迈克尔逊干涉仪的原理
二、迈克尔逊干涉仪的原理
二、迈克尔逊干涉仪的原理
M1的虚像位于 M1 ，M1~M2 可 以看成一空气膜
(1) 当M1与M2垂直， 会产生等倾条纹。
(2) 当M1与M2不垂直， 会产生等厚条纹。
M1 A M2
B
测量结果： n 107.2 0 1 1.0002927
迈克尔逊干涉仪
一、实验背景与其现代应用 三、实验仪器 五、实验内容 七、问题讨论 十、教学建议
二、实验目的 四、实验原理 六、数据记录与处理 九、实验拓展
结束
一、实验背景与其现代应用
1.背景知识 1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为证明“以太”
的存在而设计制造了世界上第一台用于精密测量的干涉仪----迈 克尔逊干涉仪，它是在平板或薄膜干涉现象的基础上发展起来的。 迈克尔逊干涉仪在科学发展史上起了很大的作用，著名的迈克尔 逊干涉实验否定了“以太”的存在。发现了真空中的光速为恒定 值，为爱因斯坦的相对论奠定了基础。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。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的 大小。
S1
θ
S2
d
M1
M2'
G1
G2
RA O
E
2d
M2
L
返回
2)定域等倾干涉
采用面光源，当迈克 尔逊干涉仪的反射面M1 与M2′平行时可以获得 等倾干涉图象，即同一 级干涉条纹均对应于同 一观察倾角的同心圆形 图象。
此时干涉条纹的位置 位于M1附近,称为定域等 倾干涉.
返回
3)白光干涉条纹
干涉条纹的明暗决定于光程差与波长的关系，用白 光光源，只有在d=0的附近才能在M1、M’2交线处看到干 涉条纹，这时对各种光的波长来说，其光程差均为λ/2 （反射时附加），故产生直线黑纹，即所谓的中央条 纹，两旁有对称分布的彩色条纹。d稍大时，因对各种 不同波长的光，满足明暗条纹的条件不同，所产生的 干涉条纹明暗互相重叠，结果就显不出条纹来。只有 用白光才能判断出中央条纹，利用这一点可定出d=0的 位置。
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪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。
普通物理学35迈克尔逊干涉仪
反
射
镜
G2
M2
光程差 2d
3- 5 迈克耳孙干涉仪
M'2
反射镜 M1
单 色 光 源
G1
第3章 波动光学
当 M1不垂直于M 2
时，可形成劈尖 型等厚干涉条纹.
反
射
镜
G2
M二、迈克尔孙干涉仪的主要特性
两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜 或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差。
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
S1 S
S2
P 解：形成明纹的条件为：
2k k
2
P点为第三级明纹， k 3
E 即S1和S2 到P点的光程差
为 3 。
若整个装置放于某种液体中，P点为第四级条纹，条 纹发生了移动，条纹移动的原因是两路光光程差改变
引起的。 光程差改变一个 ，条纹移动一个。
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
S1 S
P 整套装置没有放入液 体前：
S2P S1P 3
S2
E
解得： n 4 3
放入液体后：
(n 1)(S2P S1P)
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
2、等倾干涉（多数出现在迈克尔逊干涉仪中）
光程差的改变与条纹的移动关系与杨氏双 缝实验一样。
当厚度的改变量为 d 时，
2n
干涉条纹移动一条。有没有半波损失结果都一样。
3- 5 迈克耳孙干涉仪
下面举例说明。
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
例1：如图所示，用波长为 的单色光照射双缝干
涉实验装置，若将一折射率为n、劈角为a的透明劈 尖 b插入光线2中，则当劈尖b缓慢地向上移动时 （只遮住 S2），屏C上的干涉条纹。
第7讲 迈克尔逊干涉仪
M
1
1
1
M 1
M 1
M2
M2
M2
第7讲 迈克尔逊干涉仪
波动光学
三、迈氏干涉仪的应用
➢可用以观察各种干涉现象及其条纹的变动 ➢可用来对长度进行精密测量定义：
1米＝1650763.73倍86Kr的橙色线光波长， 86Kr的橙色线λ0=6057.802105Å
1米＝真空中光在1/299729458秒内通过的距离 ➢对光谱的精细结构进行精密的测量 ➢用于长度和折射率的测量。
一、干涉仪构造
第7讲 迈克尔逊干涉仪
波动光学
调节镜子背后的螺丝 使它能严格垂直与所 在光臂
第7讲 迈克尔逊干涉仪
二、原理及干涉条纹的观察
波动光学
M1
M 2 M1
G2 G1
第7讲 迈克尔逊干涉仪
波动光学
半透半反膜
补偿板
分光板
第7讲 迈克尔逊干涉仪
补偿镜G2的作用
M'1 M2
G1 G2
S
S
b1
b2 M1
M2
M2
M2
M 1
M 1
M 1
M
M
1
1
M2
M2
等厚条纹
d
测量微小位移
第7讲 迈克尔逊干涉仪
波动光学
M 1
M1与M2不垂直：
M2
M’1与M2有一定夹角 ， 形成劈
N
2
干涉条纹
第7讲 迈克尔逊干涉仪
若M2、M’1有小夹角 等厚条纹
d N
2
波动光学
M2
M2
M
M
第7讲 迈克尔逊干涉仪
波动光学
例题：在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入10.0cm长的玻璃 管，其中一个抽成真空，另一个则储有压强为 1.013 1 0 5 Pa 的空气,用以测量空气的折射率.。设所用光波波长为546 nm， 实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气至压强达到 1 . 0 1 3 1 0 5 Pa 为止。在此过程中 ，观察到107.2条干涉条纹的移动，试求空 气的折射率。
3迈克尔逊干涉仪
光源单色性越好，相干长度越大。
常用光源单色光的相干长度
钠光灯、汞灯、水银灯 δ max~ 1mm~10cm
氦--氖激光
δ ~ max 180km
二、加强和减弱的条件
1. 复习多个同方向同频率谐振动的合成的一种特殊 情况，位相依次相差同一数值.
用矢量图解法：设N束光，用 a1,a2,a3,a4,······aN代表各光束的振幅矢量 ，位相依次相差Φ . 为了简单设 a①1=当a2Φ=a=3=±·2·kπ·(·k=·0,·1,=2a,N·=a·····)即 那Φ 么=0，,2Aπ=N,a4，π I,(·光·强·)=·A2·=(·Na)2 这是主极大。
举例：k=1,Φ =±2π /N,为了简化N取4，则Φ =±π /2 ；若N取8，则Φ =±π /4
a3
a4
a2
a1
a4
a5
a3
a6
a2
a1
③当Φ =±(2k+1)π /N (k=1,2,3,······ 但k不能取0,N1,N,······ 因为下方框中的都包含在 主极大中，应排除在外)
K取0， Φ =±π /N K取N-1,Φ =±(2k-1)π /N K取N， Φ =±(2k+1)π /N
a1 a2
······aN
多缝干涉光强曲线
次极大
主极大 (亮纹 )
极小值
②当Φ =±2kπ /N (∵NΦ =±2kπ ,∴k=1,2,3,··· 但k不能取0,N,2N,··· 因为k取0,N,2N···则 Φ =0,2π ,4π ,···为主极大情形)
那么，A=0，I(光强)=A2=0 这是极小。
M1
M1
M1
M1
重合
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊和莫雷设计迈克尔逊干涉仪的目的：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。
物理学三大判据实验：卡文迪许扭秤实验：四个铅球，称出了地球。
卡文迪许都不敢太宣传他用四个铅球，称出了地球。
他走了一条曲线，他用地球质量除以地球体积，然后重点宣布他得到了地球的平均密度。
万有引力定律中有两个质量，卡文迪许实验得到的地球和其它天体的质量激活了万有引力定律，使它有了价值。
迈克耳逊-莫雷实验：高频超声波都不随空气的流动而改变传播方向，光为什么要随以太的流动而改变方向。
这个实验现在看来，原理有错误。
但当时人们不可能看出这点，因为当时人们还不了解超声波的性质。
密立根油滴实验：我们先用电场，把那个小油滴固定不动。
再用现代的照相技术，可以很容易测定小油滴的直径，然后用体积乘以密度，得到小油滴的质量，这样用简单的算术就可以得到电子电量了（mg=eq）。
如果这样做的话，这个实验就露馅了。
电子质量的数量级是10的负31次方千克，这个测电量的实验实际测出了电子的质量。
这个实验的设备主要是两个金属板，这么简单的设备能干什么？发展了100年的量子物理就建立在这样的一个实验上，量子物理学家需要认真反省了。
量子物理是一个伟大的理论，这个学科的科学家应该勇于否定密立根的油滴实验，争取获得更大的发展。
迈克尔逊干涉仪还能测什么物理量：透镜的折射率，气体的折射率，线胀系数，透镜的产品质量，密度空间的变化，透镜的表面面形与均匀性，小角度，平面度，直线度，平行度，垂直等形位误差。
列举5~10钟干涉仪：瑞利干涉仪1896年瑞利为了测量惰性气体氩和氦的折射率，利用杨氏双缝干涉原理设计制作了一种专用干涉仪，称为瑞利干涉仪。
瑞利干涉仪是一种利用双光束干涉原理的高精度测量仪器，结构简单，使用方便。
泰曼干涉仪它是以迈克尔逊和莫雷所用的平面镜系统为基础的,在光学上,这种平面镜系统差不多等于两块面对面的玻璃板。
迈克尔逊干涉仪
2d cos
=｛
Kλ 明纹 （2K+1）λ/2 暗纹
实验原理
条纹特点
1.θ越小，级次越大， θ=0时级次最高。
2.d增加时条纹涌出，d减小时条纹淹没。 针对θ=0的中央条纹，设涌出或淹没的条纹 数N， 则 λ=2Δd/N
3.d增大时条纹变细变密，d减小时条纹变粗 变疏。
实验内容和步骤
1．调节干涉仪的底座螺丝钉，有时要移动整个干涉仪改 变对激光的倾角，使重合的最亮光斑能从激光发射孔反 射回去，这时，激光垂直于镜M1。 2．细调并测定入射光波长：将扩束镜G置于激光器与迈 克尔逊干涉仪之间，在屏上可以看到弧形或半圆形干涉 条纹（如没有应重新粗调），调整水平方向拉簧螺钉和 竖直方向拉簧螺钉，使屏Ｐ上出现同心圆形干涉条纹， 此时M1和M2严格垂直（M1′和M2平行）。通过转动粗调 手轮和微调鼓轮，使Ｐ上的条纹适于观测，了解条纹变 化规律。 旋转手轮，屏上条纹有“冒出”或“缩入”现象。当屏 上环心为一暗斑时，记录此时M2镜的位置d 0；同方向旋 转微调手轮，当屏上每“冒出”或“缩入” 50个条纹时， 记录M2镜的位置di ；重复测量8次。注意：每次记录数 据时，应使中心暗斑与起始状态一致；旋转微调手轮时， 要避免螺距间隙引入的空程差。
M1、M2为两垂直放置的平面反射镜，分别固定在两个垂直的臂上。 G1、G2平行放置，与M2固定在同一臂上，且与M1和M2的夹角 均为45度。M1由精密丝杆控制，可以沿臂轴前后移动。G1的第 二面上涂有半透明、半反射膜，能够将入射光分成振幅几乎相等 的反射光、透射光，所以G1称为分光板（又称为分光镜）。光经 M1反射后由原路返回再次穿过分光板G1后成为光，到达观察点E 处；光到达M2后被M2反射后按原路返回，在G1的第二面上形成 光，也被返回到观察点处。由于光在到达E 处之前穿过G1三次， 而光在到达E处之前穿过G1一次，为了补偿、两光的光程差，便 在M2所在的臂上再放一个与G1的厚度、折射率严格相同的G2平 面玻璃板，满足了两光在到达E 处时无光程差，所以称G2为补偿 板。由于光均来自同一光源S ，在到达G1后被分成两光，所以两 光是相干光。
迈克尔逊干涉仪
大学物理实验——迈克尔逊干涉仪一．等倾干涉的特征等倾干涉，薄膜干涉的一种。
膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。
入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。
若光源为扩展光源（面光源），则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。
对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察；对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。
光线以倾角（锐角）入射，上下两条反射光线经过透镜作用会汇聚一起，形成干涉。
由于入射角相同的光经薄膜两表面反射形成的反射光在相遇点有相同的光程差，也就是说，凡入射角相同的就形成同一条纹，故这些倾斜度不同的光束经薄膜反射所形成的干涉花样是一些明暗相间的同心圆环。
当光程差为半波长的偶数倍时，为亮纹；当光程差为半波长的奇数倍时，为暗纹。
二．发明迈克尔逊干涉仪的原因19世纪的波动论者认为光波或电磁波必须在弹性介质中才得以传播，这种假想的弹性介质称为以太。
人们做了一系列实验来验证以太的存在并探求其属性。
以干涉原理为基础的实验最为精确，其中最有名的是菲佐实验和迈克耳孙-莫雷实验。
1851年，菲佐用特别设计的干涉仪做了关于运动介质中的光速的实验，以验明运动介质是否曳引以太。
1887年，迈克耳孙和莫雷合作利用迈克耳孙干涉仪试图检测地球相对绝对静止的以太的运动。
对以太的研究为爱因斯坦的狭义相对论提供了佐证。
迈克耳孙干涉仪是一种精密的光学仪器。
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。
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。
三．迈克尔逊干涉仪可以测量的物理量1. 微小位移量的测量：将迈克尔逊干涉仪的动镜粘在压电陶瓷片上,当压电陶瓷片受到电激励产生机械伸缩时就带动动镜移动。
迈克尔逊干涉仪
一、等倾干涉等倾干涉是薄膜干涉的一种。
薄膜此时是均匀的，光线（光源为散射光）以倾角i入射，上下两条反射光线经过透镜作用汇聚一起，形成干涉。
由于入射角相同的光经薄膜两表面反射形成的反射光在相遇点有相同的光程差，也就是说，凡入射角相同的就形成同一条纹，故这些倾斜度不同的光束经薄膜反射所形成的干涉花样是一些明暗相间的同心圆环．这种干涉称为等倾干涉。
倾角i相同时，干涉情况一样如果想要在迈克尔逊干涉仪上调出等倾干涉条纹，要求M1和M2两个反射镜相互平行，调解时可以在光源上做一个标记，再调节这两个镜子后面的倾度粗调旋钮和细调旋钮，使得标记物在两个镜子里的反射像在视野里重合。
这样就可以看到环状的等倾干涉条纹条纹级次（1）明纹：显然，对于平行膜面厚度一定，上升，下降，上升。
说明：其干涉级次为内高外低，且中心级次最高。
薄膜厚度对条纹间距的影响假如上次间距是d中心为j级，这次间距为比d小的数级数肯定也小，则间距就大。
说明：薄膜厚度越薄，条纹间距越大。
条纹的动态变化（1）当厚度d0变化时，条纹的级次相应发生变化；（2）圆心处将会出现明-暗-明的交替变化；（3）条纹级次改变一个，薄膜厚度改变；（4）d0减小，中心条纹级次j0降低；圆心处的出现亮暗交替的变化，且各干涉条纹向中心收缩（向内移动）。
（5）d0增大，中心条纹级次j0升高；圆心处的出现亮暗交替的变化，且各干涉条纹向外涌出（向外移动）。
二、迈克尔逊干涉仪其他测量应用用迈克尔逊干涉仪测量折射率和厚度一般采用钠光光源，通过观测白光干涉条纹的方法，先调出白光0光程差的彩色干涉条纹，在光路1或2中垂直光线方向插入被测物，再调出0光程差的彩色干涉条纹，反射镜移动距离d与透明体厚度t、透明体（透明固体、液体、气体均可）折射率n、空气折射率n0（n0大致取1）有关系式)1-(ntd=由此可得td n/1+=但是该方法必须知道薄透明体的厚度或折射率之一，通过测出M1镜前移的距离d，才能得到测量体的折射率或厚度。
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定 镜
G1
G2
M
2
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，可以观察到等倾 干涉条纹。中心处两束相干光的光程差为：
2d
三、实验原理
2、波长测量原理
若中心处为明条纹，则 1 2 d k1 两相干光束在空间完全分开，并 若改变反射镜的位置，使中 可用移动反射镜的方法改变两光束 心仍为明条纹，则 的光程差。 2(d d ) k
一、实验目的
了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉条纹的形成 原理。 学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。 通过观察实验现象，加深对干涉原理的理解。 观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。
二、实验仪器
迈克尔逊干涉仪
He-Ne激光器
扩束镜
光屏
二、实验仪器
观察屏 分光板G1 补偿板G2 动镜M1
读数 窗 粗调鼓轮
d7
d3
d8
d4
d9
d5
d10
d6
Hale Waihona Puke △di＝di＋5－di四、实验内容
⑵用逐差法求 ，并与标准值（λ 0=632.8nm）比较，计算相对误差。
d1
动镜的位置
d2 d7
d3 d8
d4 d9
d5 d10
d6
△di＝di＋5－di
用逐差法处理数据
d
( d 6 d 1 ) ( d 7 d 2 ) ( d 10 d 5 )
2 2
M' 2 M1
d
d
1 2
1 2
2 1
1 2 k
d
k2
k1 2d
G1
G
2
M
2
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。
四、实验内容
1、调节迈克尔逊干涉仪
⑴初始位置：定镜：后面的三颗螺钉以及水平和竖直螺栓半松半紧； 动镜：转动粗调手轮，使其停在30-40mm处。
2d k
25
k 50
四、实验内容
迈克尔逊的读数系统: ⅹⅹ. △ △ ☆ ☆ ☆
主尺
粗调鼓轮 读数窗口
微调鼓轮
最后读数为：33.52246mm
五、注意事项
激光不能直射入眼。 迈克尔逊干涉仪是精密光学仪器，各光学表面必须保持清 洁，严禁用手触摸；调整时必须仔细、认真、小心，严禁 用力过度，损坏仪器。 测量开始：为了避免引入空程误差，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。 测量过程中：为了避免回程误差，微调手轮必须单一方向 转动，严禁倒转。 实验报告要求内容完整，并在正规报告纸上书写。 实验完毕，将激光器的开关关掉（电源插头不需要拔）， 整理仪器，一切复位。将凳子放在靠近桌子的底下。
大学物理实验
迈克尔逊干涉仪
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。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。
⑵调激光器：移开扩束镜，开 He-Ne激光器，调节激光器高低及位置，使激光 束沿垂直定镜方向照射分光板。
⑶调垂直：屏上会出现两组亮点,调节定镜M2背面的三个螺钉，使两组亮点中最 亮的两个点重合，此时M1和M2大致垂直。（重合亮点中有闪烁现象）
⑷形成干涉条纹：将扩束镜放在激光器和干涉仪之间，调节扩束镜的高低及位 置，使发散光束均匀照亮分光板，观察屏上是否出现干涉条纹。若只看到一大 片红色光斑，无干涉条纹 ，则重复[2,3]。
定镜M2 水平螺 栓
微调鼓轮
垂直螺栓
迈克尔逊干涉仪
三、实验原理
1、光路图
动镜 M 1
M 1 移动导轨
扩束镜 单 色 光 源 分光板 G 1
M1 M 2
定 镜
M
补偿板 G 2
2
G 1 //G
2
与 M 1, M
2
成 45 角
0
三、实验原理
M 2 的像 M' 2 动镜 M 1
d
M1 M 2
单 色 光 源
四、实验内容
四、实验内容
四、实验内容
2、观察干涉图样并测量激光的波长
(1)转动微调手轮，观察到条纹均匀地“冒出”或“缩进”后 才能开始测量。记下动镜位置的初始读数d1 ，转动微动手 轮,每当“冒出”或“缩进”N=50个圆环时记下di，连续记 录10个di值（ d1 ～d10）。
d1
动镜的位置
d2
⑸微调：若视场内有干涉条纹出现，微调定镜的三个螺钉，使视场内干涉条纹 曲率变大，直至出现同心圆环。若条纹较多（少），可转动粗动手轮改变动镜 的位置，直至看清3-6条条纹。调节定镜座下的水平和竖直螺栓，使同心圆环圆 心移至视场中央。 [6]转动微动手轮，使动镜M1前后平移，可看到条纹的“冒出”或“缩进”。