实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验报告班级姓名学号日期室温25.7℃气压102.51KPa 成绩教师实验名称迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】1、了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调节和使用的方法；2、应用迈克逊干涉仪，测量He-Ne激光器、扩束镜。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜。
【实验原理】迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图所示。
M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜，M1的位置是固定的，M2可沿导轨前后移动。
G1、G2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，与M1、M2均成45°角。
G1的一个表面镀有半反射、半透射膜A，使射到其上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光；G1称为分光板。
当光照到G1上时，在半透膜上分成相互垂直的两束光，透射光（1）射到M1，经M1反射后，透过G2，在G1的半透膜上反射后射向E；反射光（2）射到M2，经M2反射后，透过G1射向E。
由于光线（2）前后共通过G1三次，而光线（1）只通过G1一次，有了G2，它们在玻璃中的光程便相等了，于是计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中的光程差就可以了，所以G2称为补偿板。
当观察者从E处向G1看去时，除直接看到M2外还看到M1的像M1ˊ。
于是（1）、（2）两束光如同从M2与M1ˊ反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1´～M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。
当M1 和M2ˊ严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。
所有倾角为i的入射光束，由M1和M2ˊ反射光线的光程差△均为△=2dcosiM2平行M1’且相距为d，S发出的光对M2来说，如S’发出的光，而对于E处的观察者来说，S’如位于S2’一样。
又由于半反射膜G的作用，M1如同处于S1’的位置，所以E处观察到的干涉条纹，犹如S1’、S2’发出的球面波，它们在空间处处相干，把观察屏放在E空间不同位置，都可以看到干涉花纹，因此这一干涉为非定域干涉。
如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是S1’,、S2’的连线与屏的交点E 。
迈克尔逊干涉仪的调整与使用
物理实验中心
目录
一. 实 验 目 的 二. 实 验 原 理
1.仪器构造及光路 2.点光源产生的非定域干涉条纹 3.面光源产生的定域干涉条纹
三. 实 验 内 容 四. 读 数 方 法 五. 注 意 事 项
实验目的
了解迈克尔逊干涉仪的结构，学习调 节和使用方法。
利用点光源产生的同心圆环干涉条纹 测量单色光的波长。
则：
2 2d2 k2
那么可得：d d2 d1
1 2
2
1
1 2
k2
k1
1 2
k
由此可见,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.
实验现象
面光源产生的定域干涉条纹
由面光源产生的在特定区域内存在着
的干涉现象，称为定域干涉。
d
1）等倾干涉
光程差为： AC BC AD
C
θ A
θ D
M1
B
M2'
1 2
2d 2d tan sin S
c os
面光源产生的等倾干涉
2d cos
当d一定时，光程差只决定于入（出）射角θ，干涉条纹 是一系列与不同倾角θ相对应的明暗相间的同心圆环条
纹，这种相同倾角的光所产生的干涉，称为等倾干涉。
2）等厚干涉
当M1、M2‘有一个很小的角度时， M1、M2‘之间形成楔形空气 薄层，就出现等厚干涉。这时“1”和“2”的光程差仍然可
主尺
粗动手轮读数窗口
微动手轮
最后读数为：33.52246mm
注意事项
转动微动手轮时，粗动手轮随之转动；但在转动 粗动手轮时，微动手轮并不随之转动，因此在读 数前必须调整零点。
大学物理实验-迈克尔逊干涉仪
主尺
粗动手轮读数窗口
微动手轮
最后读数为：33.52246mm
（3）沿原先转动方向继续转动微调手轮，记下条 纹中心亮暗每变化25个周期对应的读数d，用逐差 法求激光波长。
注意:计算不确定度时,只计算A类分量(课本 第6页公式3）
注意事项
1、 调节平面镜后的螺丝时，不可太用力，以免螺丝滑扣； 2、 转动微调手轮时，动作要轻，不要碰撞桌面，以免影响
b.置上观察屏，调节M2的水平及垂直拉 簧，使条纹中心在视场中央。
实验现象
2、测氦氖激光的波长
（1）向同方向转动微调手轮，使条纹连续从中央 冒出（或向中央陷入），此时可开始读数；
（2）先记下M1初始读数d0，（导轨侧面主尺读出 整mm数；读数窗读出0.××mm；手轮估读到 0.00×××mm，三者相加）
他人实验； 3、 观察两组激光点时，要准确判断各自的最亮点，调节平
面镜后的螺丝使各自对应的光点重合； 4、 测量过程中，手轮的转动方向要始终一致，以免产生回
程差，影响测量结果。 5、 在数条纹中心亮暗变化周期时，可能会让眼睛产生疲劳，
在读数过程中要让眼睛适当休息，避免数错亮暗变化周 期； 6、 过读在几数第十误一圈差次，。记让录齿M1镜轮的、初精始密位螺置杆前充，分要咬让合微，调以手免轮M1镜预位先置转了解迈克尔逊干涉仪的结构，学习调 节和使用方法。
利用点光源产生的同心圆环干涉条纹 测量单色光的波长。
实验原理
• 实验背景、仪器构造及光路
d
M1
迈
1
M2'
克 尔
逊
干
激光器
S
G1 G2
涉 仪 光
路
2
原
半反射层K
1
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
迈克尔逊干涉仪的调节和使用迈克尔逊干涉仪是光学实验中一种重要的仪器，它的原理是基于干涉现象来测量长度、速度、折射率等物理量。
因此，正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪对于实验结果的准确性和可靠性至关重要。
一、调节步骤1、粗调：首先调整干涉仪的粗调旋钮，使干涉条纹大致对称。
2、细调：然后调整干涉仪的细调旋钮，使干涉条纹更加清晰、对称。
具体步骤如下：（1）将光源对准干涉仪的入射缝，调整干涉仪的三个脚螺旋，使干涉条纹出现在视野中。
（2）调节干涉仪的粗调旋钮，使干涉条纹大致对称。
（3）调节干涉仪的细调旋钮，使干涉条纹更加清晰、对称。
可以通过观察干涉条纹的移动方向和距离来判断调节是否正确。
（4）重复以上步骤，直到干涉条纹完全对称、清晰。
二、使用注意事项1、保持干涉仪的清洁，避免灰尘和污垢进入干涉仪内部。
2、在调节过程中，要轻拿轻放，避免损坏干涉仪的精密部件。
3、在使用过程中，要避免过度调节粗调旋钮和细调旋钮，以免损坏干涉仪的调节机构。
4、在记录实验数据时，要保证记录的准确性和完整性。
5、在实验结束后，要将干涉仪恢复到初始状态，以便下一次使用。
正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪需要耐心和细心。
只有掌握了正确的调节方法，才能更好地发挥其作用，提高实验的准确性和可靠性。
迈克尔逊干涉仪法测定玻璃折射率迈克尔逊干涉仪是一种精密的光学仪器，其原理基于干涉现象，能够用于测量微小的长度变化和折射率。
本文将介绍如何使用迈克尔逊干涉仪法测定玻璃的折射率。
一、实验原理折射率是光学材料的一个重要参数，它反映了光在材料中传播速度的改变。
迈克尔逊干涉仪法利用干涉现象来测量折射率。
当光线通过不同介质时，其速度和波长都会发生变化，这就导致了光程差的产生。
通过测量光程差，我们可以计算出介质的折射率。
二、实验步骤1、准备实验器材：迈克尔逊干涉仪、单色光源（如激光）、测量尺、待测玻璃片。
2、将单色光源通过分束器分为两束相干光束，一束直接照射到参考镜，另一束经过待测玻璃片后照射到测量镜。
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整和使用实验报告
迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告引言：迈克尔逊干涉仪是一种重要的光学仪器，它可以用来测量光的干涉现象。
在本实验中，我们将对迈克尔逊干涉仪进行调整，并使用它来观察干涉条纹的产生和变化。
一、实验目的本实验的主要目的是熟悉迈克尔逊干涉仪的调整方法，了解干涉条纹的产生原理，并通过实验观察干涉条纹的变化。
二、实验器材1. 迈克尔逊干涉仪：包括光源、分束器、反射镜和接收屏等组成部分。
2. 平行光源：用于提供单色光源。
3. 反射镜：用于反射光线。
4. 接收屏：用于观察干涉条纹。
三、实验步骤1. 调整光源：将平行光源放置在适当位置，并调整其亮度，保证光线足够明亮。
2. 调整分束器：将分束器放置在适当位置，使得光线能够均匀地分成两束。
3. 调整反射镜：将反射镜放置在适当位置，使得其中一束光线经过反射后与另一束光线相遇。
4. 调整接收屏：将接收屏放置在适当位置，并调整其位置，使得干涉条纹能够清晰地显示出来。
5. 观察干涉条纹：调整各个部分的位置，观察干涉条纹的产生和变化，并记录下观察结果。
四、实验结果与分析通过实验观察，我们可以看到干涉条纹的产生和变化。
当两束光线相遇时，由于光的波动性，会形成干涉现象。
当两束光线相位差为整数倍的波长时，会产生明纹，而相位差为半整数倍的波长时，会产生暗纹。
通过调整反射镜和接收屏的位置，我们可以改变两束光线的光程差，从而观察到干涉条纹的变化。
在实验过程中，我们还观察到了干涉条纹的间距变化随光源波长的变化而变化。
根据迈克尔逊干涉仪的原理，当光源波长增大时，干涉条纹的间距也会增大；当光源波长减小时，干涉条纹的间距也会减小。
这是因为光的波长与干涉条纹的间距之间存在一个正比关系。
五、实验总结通过本次实验，我们学习了迈克尔逊干涉仪的调整方法，并通过观察干涉条纹的产生和变化，加深了对干涉现象的理解。
我们还发现了干涉条纹的间距与光源波长之间的关系。
这些实验结果对于进一步研究光的干涉现象和应用具有重要意义。
迈克尔逊干涉仪的调节与使用
迈克尔逊干涉仪的调节与使用【实验内容】：1.了解迈克尔逊干涉仪的结构原理并掌握调节方法2.观察等倾干涉、等厚干涉以及白光干涉现象3.测量钠双线的平均波长及波长差【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪，其光路如图1所示，它由反射镜Ml、M2、分束镜H和补偿板P2组成。
其中Ml是一个固定反射镜，反射镜M2可以沿光轴前后移动，它们分别放置在两个相互垂直臂中；分束镜和补偿板与两个反射镜均成45°,且相互平行；分束镜Pi的一个面镀有半透半反膜，它能将入射光等强度地分为两束；补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。
光源发出的光经分束镜被分成等强度的两束光1和2,光束1和2分别经反射镜M2和M2反射后，再次经分光镜P向E处传播。
由于光束2在传播过程中三次图1迈克尔逊干涉仪光路穿过分束镜，而光束1只有一次穿过分束镜。
由于玻璃存在色散，不同波长的光在干涉仪中具不同的光程差，为此，在反射镜MI和反射镜之间加入一个补偿板，这样光线1同样在相同的玻璃板中穿过三次，使所有波长的光可以同时获得零的光程差，这对于实现白光的干涉是绝对必要的前提。
在单色光入射时，补偿板可以两臂的光程达到完全对称，2.测量钠黄光的平均波长利用迈克尔逊干涉仪的等倾干涉可以测量光的波长，当光程差改变二分之一个波长时，等倾干涉条纹中心就会□冒出口或□缩进口一个条纹。
当口冒出口或□缩进口N个条纹时，光程差的改变量为δd=N-2通过干涉仪测量M和确定条纹变化的个数N,就可通过上式得到被测光的波长。
3.测量钠黄光的波长差当两个波长相差不大，且光强基本相同的光同时在迈克尔逊干涉仪上产生等倾干涉时，每个波长的各自产生一套干涉条纹。
很容易想到，这两套干涉条纹在某些光程差下一定出现明暗重叠的现象，这时视场中的干涉条纹的可见度为零。
如果确定了两次相邻可见为零时光程差的改变量那么两束光的波长差为【仪器用具】 WSM —100迈克尔逊干涉仪、钠灯、白炽灯。
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迈克尔逊干涉仪是一种用于测量光波长或者光速的仪器。
它的原理是利用光的干涉现象，通过对干涉条纹的观察来确定光波长或光速。
在使用迈克尔逊干涉仪之前，需要对其进行调节和使用。
本文将介绍迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法。
一、迈克尔逊干涉仪的构成迈克尔逊干涉仪由四个主要部分组成，包括光源、分束器、反射镜和接收屏。
其中，光源产生光线，分束器将光线分成两束，反射镜将光线反射并重新合并，接收屏上观察条纹以得到测量结果。
（一）调节分束器1、端口对准：将分束器的两个端口（输入端和输出端）对准迈克尔逊干涉仪的两个端口。
2、校正透镜：将透镜与分束器固定并利用透镜校正分束器的输出光斑。
3、调节分束比：通过微调分束器的输入端镜片的位置来调节分束比。
4、校准光路：检查光路是否正确，包括分束后光线是否平行、目标反射镜是否正对着分束器等等。
（二）调节反射镜1、调整反射镜位置：将反射镜置于正确的位置并垂直于光路。
2、确定反射面度数：通过原理图和求解器确定反射面的度数，比如60度。
3、调节反射镜倾斜度：利用半反射膜来调节反射镜的倾斜度，并通过角度计来检查反射镜是否平行于接收屏。
（三）调节光源1、选择光源：选择一款适合的光源。
2、调整灯丝位置：将灯丝调整到正确的位置，使其照亮整个系统。
3、调节灯丝亮度：通过增减电压来调节灯丝的亮度。
（四）调节接收屏1、确定焦距：通过调节接收屏的距离和位置，找出最合适的焦距。
2、校准位置：将接收屏和反射镜垂直，通过调节位置校准光路。
1、准备工作：确保所有部件都已经开始预热，光线已经稳定。
2、测量方法：打开光源，观察条纹的规律性，通过实验得到测量结果。
3、数据处理：将观察到的条纹照片拍摄下来，进行后续处理，包括调整对比度和亮度以及增加标尺等等。
四、注意事项1、留意温度：因为干涉仪精度较高，所以需要注意外部温度的影响。
2、留意光线：因为干涉仪只能使用单色光线，因此需要注意室内环境的影响。
大学物理实验之迈克尔逊干涉仪的调整与应用方法及步骤详解
迈克尔逊干涉实验实验前请认真阅读本要点：（1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。
测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验容1。
注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。
仿真实验位于：桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验 v2.0（第二部分），其中大学物理仿真实验 v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版 v2.0（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。
（2）实验容1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规记录实验数据及已知参数等。
3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。
4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。
（3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。
根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。
（4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
（一些问题详见附录4 疑难解答）测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。
迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告
迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告引言：迈克尔逊干涉仪是一种常用的光学仪器，被广泛应用于干涉测量、光学相干等领域。
本文将介绍迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验报告，以帮助读者更好地理解和应用该仪器。
一、实验目的本实验的目的是通过调整迈克尔逊干涉仪的各个部件，使其能够正常工作，并实现干涉现象的观察和测量。
二、实验器材1. 迈克尔逊干涉仪主体：包括光源、分束器、反射镜、反射镜支架等。
2. 干涉图样观察装置：包括目镜、测量尺等。
三、实验步骤1. 调整光源：将光源放置在适当位置，并确保其能够发出稳定的光束。
2. 调整分束器：通过调整分束器的位置和角度，使得从分束器出射的两束光能够平行地照射到反射镜上。
3. 调整反射镜：调整反射镜的位置和角度，使得反射的光能够重新汇聚到分束器上，并形成干涉现象。
4. 观察干涉图样：通过目镜观察干涉图样，调整反射镜的位置和角度，使得干涉条纹清晰可见。
5. 测量干涉现象：使用测量尺等测量工具，对干涉条纹进行测量，以得到干涉现象的具体参数。
四、实验结果与分析经过以上调整步骤，我们成功地调整了迈克尔逊干涉仪，并观察到了清晰的干涉图样。
通过测量尺测量干涉条纹的间距，我们可以得到干涉现象的具体参数，如波长、相位差等。
在实验过程中，我们注意到调整分束器的位置和角度对干涉图样的清晰度和稳定性有很大的影响。
如果分束器位置不准确，会导致干涉图样模糊或消失；如果分束器角度不准确，会导致干涉图样的条纹不清晰。
因此，在调整分束器时需要仔细操作，确保其位置和角度的准确性。
另外，调整反射镜的位置和角度也是关键步骤。
反射镜的位置调整不当会导致干涉图样错位或形成不规则的干涉条纹；反射镜的角度调整不当会导致干涉条纹的强度变化或消失。
因此，在调整反射镜时需要注意细微的调整，并通过目镜观察干涉图样的变化，以达到最佳的调整效果。
五、实验总结通过本次实验，我们成功地调整了迈克尔逊干涉仪，并观察到了清晰的干涉图样。
大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案【全文】
1.简述迈克尔逊干涉仪
（历史作用、应用前景及该实验的重要性）
2．提出本实验目的
3.讲述原理
1）迈克尔逊干涉仪结构及工作原理
2）非定域干涉及激光波长的测量、
3）等倾干涉
4）等厚干涉
5)钠光双线波长差的测量
4. 提问如何观测定域干涉、等倾干涉、等厚干涉、白光条纹及激光波长、钠光双线波长差的测量
1、在迈克尔逊干涉仪上调出非定域干涉和定域干涉条纹
Hale Waihona Puke 2测激光的波长和测钠光双线波长差难点
在迈克尔逊干涉仪上调出非定域干涉和定域干涉条纹
备注
课
堂
教
学
过
程
的
设
计
一、课前的准备（5分钟）
1.仪器设备检查：迈干仪、激光、钠光灯、扩束镜仪器套数及完好情况
2.检查学生预习报告：内容、原理、表格（A、B、C、D四等级）
5.实验内容与要求并强调注意事项
6.讲述仪器使用及注意事项：迈干仪、激光、钠光灯、扩束镜
7.数据记录及数据处理（表格、逐差法）
8.下一次实验内容及预习要求
三、学生实验(100分钟)
实验前30分钟不解答问题,给学生自己理解消化的时间,30分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答.重点辅导。
四、检查数据并签字、检查仪器的整理情况
时间的掌握：留由5分钟机动的时间。
课
后
思
考
题
1．迈克尔逊干涉仪观察到的圆条纹与牛顿环产生的圆条纹有什么不同？
2．什么情况下可以观测到非定域干涉中椭圆、双曲线、直线条纹？
参
考
文
献
1、《大学物理实验》， 张逸民
2.《普通物理实验》， 林抒等编， 高等教育出版社，出版时间 1988年3月
大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整与使用
实验内容和要求
2. 测钠双线的波长差。
连续记录6次条纹视间度为零的d值，用逐差
法求 d ，计算钠双线的波长差。（已知Biblioteka 05893A）
3. 观察等厚干涉现象 移动M1使圆形条纹变粗、疏，微调M2方位， 观察等厚直线条纹。
实验注意事项
1、保护光学元件的表面。 2、测量时消除螺距差。 3、眼睛不能直视未扩束的激光
实验目的
1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和使用方法。 2、观察等倾和等厚干涉现象。 3、学习用迈克尔逊干涉仪测激光的波长和钠
双线的波长差。
仪器结构
迈克尔逊干涉仪的光路
测激光波长
当M1⊥M2时，形成等倾同 心圆形条纹，圆心处有2d＝kλ， 改变d，可见圆心条纹涌出或消 失。测出条纹在圆心处涌出或 消失的条纹数N及M1移动的距 离△d，即可求的波长
2d
N
等倾干涉条纹
测钠双线的波长差
M1⊥M2，移动M1，测出相邻两次条纹 视间度为零时M1移动的距离△d, 钠双线的 波长差
2
2d
等厚直线条纹
M1 与 M 2'有一小角度时，产生平行于两镜交棱的等
厚直线条纹
实验内容和要求
1、测He－Ne激光的波长
记录干涉圆条纹涌出或消失50条时对应的d值， 连续记录12次，用逐差法求 d ；计算He－Ne 激光的波长，与理论值比较，计算相对不确定 度。
天津大学工程光学实验——迈克尔孙干涉仪的调整及应用
三、
M
2
实验仪器
1. 迈克尔逊干涉仪一台
2 1
2. 钠光光源一台 3. 白炽灯一台 四、 实验内容与步骤
P
2
。则中央处的光程差：
1. 仪器的调整 1) 开启钠光灯。 （钠光灯窗口有一毛玻璃，表面刻划一个十字叉丝）
=2h
2
……………………①
2) 目测反射镜 M1、M2 到 G1 的距离近似相等。通过旋转手轮移动 M1，使 M1 调整 至适合位置。 3) 判断两束光是否相遇。首先观察光源中的十字叉丝经 M1、M2 的反射像，若 如下图（a）所示，两叉丝像重合说明两束光相遇；如若图（b） （c）(d) 所示，说明两束光未相遇，则需调整 M2 上三个微调螺丝。
条纹）时， M 1 移动了
M
M 2
1
2
的距离，所以
2h m
镜） ， 透射光经补偿镜 G2 入射到平面反射镜 M2 ，
S 2 G
1
用上式既可以计算出被测光源的波长。
G
2
两束光分别被 M1、M2 反射，重新在 G1 处会合， 若满足相干条件就会产生干产生的干涉相同，在测量光波长时，首先 将仪器调出较少的等倾条纹，仪器的附加光程为
可知条纹间距和光波波长成正比，白光是 2n
众多单色光组成的，各波长的光所产生的干涉条纹不等间距的 分布，重叠，所以看不到条纹。 通过调节倾角 使不同颜色的干涉条纹近似相等，这样就 可以在零级条纹附近同时看到白光和单色光所形成彩色的干涉 条纹。
2. 等倾干涉条纹疏密程度与 M1 和 M2 组成的“空气平板”厚度关系？实际中 如何判断“空气平板”厚度的增减？（请用实验现象说明）
天津大学本科生实验报告
大学物理实验报告之迈克尔逊干涉仪的调节与使用
迈克尔逊干涉仪的调节与使用、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构原理并掌握调节方法2、观察等厚干涉、等倾干涉以及白光干涉。
3、测量钠双线的波长差。
二、仪器用品迈克尔逊干涉仪，He-Ne多光束光纤激光器。
三、实验原理1、迈克尔逊干涉仪：迈克耳孙干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪，其光路如图所示，它由反射镜M、M、分束镜P和补偿板P组1212成。
其中M是一个固定反射镜，反射镜M可以沿光轴前12后移动，它们分别放置在两个相互垂直臂中；分束镜和补偿板与两个反射镜均成45°，且相互平行；分束镜P的一1 个面镀有半透半反膜，它能将入射光等强度地分为两束补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。
迈克耳孙干涉仪的结构如图所示。
镜M、M的背面各有三12个螺丝，调节M、M镜面的倾斜度，M的下端还附有两个121互相垂直的微动拉簧螺丝，用以精确地调整M的倾斜度。
1M镜所在的导轨拖板由精密丝杠带动，可沿导轨前后移动。
2M镜的位置由三个读数尺所读出的数值的和来确定：主尺、2粗调手轮和微调手轮。
1*14-5-2辺应匚孙卜沙腫1...I'劭型昇-川出世柿沖叶轨沖灯樓山氐川比II.T-帧和黑1」；k训“山射袒.M宀-分他出5M船比〔:川1机IWJMfili孜御LXII-训定乖血；is—flldtj PifcqM-jMttljrJ3M,的术T・|；f板蝉狀：IM盛刑P轮I订一MJ勺忙ll忡.Ji端迂如图所示，多光束激光器提供的每条光纤的输出端是一个短焦距凸透镜，经其会聚后的激光束，可以认为是一个很好的点光源S发出的球面光波。
5'为5经皿及6反射后111所成的像，S'为S经G及M反射后所成的像。
S'和S'21221 为两相干光源，发出的球面波在其相遇的空间处处相干,为非定域干涉，在相遇处都能产生干涉条纹。
空间任一点P的干涉明暗由S'和S'到该点的光程差A=r-r决定,2121 其中r和r分别为S'和S'到P点的光程。
迈克尔逊干涉仪的调节及使用总结
迈克尔逊干涉仪的调节及使用总结第一章迈克尔逊干涉仪的调节及使用(1)迈克尔逊干涉仪的主要部件是干涉管，是迈克尔逊干涉仪的核心部分。
根据其结构形状不同，可以分为A、 B两种类型： B型干涉管(一个可变半径光栏)是利用折射光的衍射实现的。
(2)望远镜头：由目镜和物镜两部分组成，前者使我们看清楚整个被测光波，后者则将分光镜反射回来的光汇聚成一束光线，从而照亮感光底片。
(3)分光镜：用来选择并进一步缩小所要观察的区域范围。
(4)感光底片：能感受和记录干涉信号的物体。
(5)空气折射器和球面反射镜：干涉管两端所引入的空气折射率相同，均为n(589nm)，它决定着光波能否在这两端进行正常的干涉现象，从而确保干涉条纹的稳定性。
(6)盖玻片：它的作用是防止有的波长过长的光透过，保护了后面的物镜。
(7)仪器移动原理与显微镜中的粗准焦螺旋和细准焦螺旋相似。
(8)显微镜中的粗准焦螺旋和细准焦螺旋使物像两边的清晰范围基本相等，可以从视场中取任何一点为“ 0”进行放大或缩小。
而迈克尔逊干涉仪中的光栏和分光镜各自起到了独立的调节功能，也就是说他们不但具有粗准焦螺旋的作用，而且还对干涉管起着调节的作用，从而使光栏的宽度发生改变，以便在不同位置上能观察到不同波长的光。
(9)干涉条纹的特征：在干涉条纹周期内相邻条纹之间的距离称为相移；两条纹之间的距离称为波长；而一个光谱级(nm)包含许多波长(nm)，例如可见光的波长范围为(λ＝0nm， 1nm)。
(10)干涉仪的应用：(只有当)入射光振幅相同、频率相同，以及两束光波同时到达干涉管末端，而相位差满足|f(z)＝|x(y) sin θ|<1，此时才能观察到干涉条纹。
因此，迈克尔逊干涉仪在干涉实验中的重要应用就是把不同波长的光进行干涉，从而得到很明显的干涉条纹。
(11)使用干涉仪注意事项：使用干涉仪时必须预先将待测光和参考光的偏振状态校正好，以免出现错误的干涉现象。
2．若需要做两束偏振光的干涉，最好先在参考光路中做完再去做测量。
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与应用
（迈克尔逊干涉仪的调整与应用）由于迈克尔逊干涉仪的传动装置为齿轮和螺杆，齿轮螺杆间不能卡的太紧，即存在间隙（空程）。
如向一方向转动微调鼓轮，进行测量，刚开始反射镜______，两读数之差是否是反射镜移动的距离？______；如转几圈微调鼓轮后，直到干涉条纹开始移动，再进行测量的两读数之差是否是反射镜移动的距离？______。
答案1：会不动，不是；是答案2：会同步移动，是；不是答案3：会不动，是；不是答案4：会同步移动，不是；是正确答案为你做的答案为：4 （迈克尔逊干涉仪的调整与应用）迈克尔逊干涉仪上的毫米标尺、手轮和微调鼓轮三个位置的读数关系是______；如微调鼓轮每转一周，反射镜M2就平移______毫米。
答案1：毫米标尺（直线）∶手轮（读数窗）∶微调鼓轮（刻度圆周）=104∶102∶1；0.01mm 答案2：毫米标尺（直线）∶手轮（读数窗）∶微调鼓轮（刻度圆周）=102∶10∶1；1mm 答案3：毫米标尺（直线）∶手轮（读数窗）∶微调鼓轮（刻度圆周）=102∶10∶1；0.1mm 答案4：毫米标尺（直线）∶手轮（读数窗）∶微调鼓轮（刻度圆周）=104∶102∶1；0.001mm正确答案为你做的答案为：1答案1：100；M1答案2：50；M1答案3：100；M2答案4：50；M2正确答案为你做的答案为：3答案1：3；M2答案2：3；M1答案3：2；M2答案4：2；M1正确答案为你做的答案为：2 （迈克尔逊干涉仪的调整与应用）迈克尔逊干涉仪上的微调鼓轮每转一周，手轮就转过1格；手轮转1格，反射镜就平移______毫米；如微调鼓轮每转1格，反射镜就平移______毫米。
答案1：0.1mm；0.001mm答案2：0. 1mm；0.01mm答案3：0.01mm；0.0001mm答案4：1mm；0.01mm正确答案为你做的答案为：3（迈克尔逊干涉仪的调整与应用）由于迈克尔逊干涉仪的传动装置为齿轮和螺杆，齿轮螺杆间不能卡的太紧，即存在间隙（空程）。
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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。
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C1，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C2，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C3，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C1、C2各读得2位数字、从C3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。
可见仪器对位移
量的测定精度可达十万分之一毫米，是一种
图2 关于M1位置读数值的组成方法非常精密的仪器。
务必精细操作，否则很容
易造成仪器的损坏！
3.2 迈克耳孙干涉仪的原理
迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生的双光束干涉，其光路图如图3所示。
G1的半透半反射膜将入射光束分成振幅几乎相等的两束光（1）和（2），光束（1）经M1反射后透过G1，到达观察点E；光束（2）经M2反射后再经G1的后表面反射后也到达E，与光束（1）′会合干涉。
补偿板G2的作用是保证在M1A与M2A距离相等时，光束（1）和（2）有相等的光程。
图3中的M2′是M2镜通过G1反射面所成的虚像，因而两束光在M1与M2上的反射，就相当于在M1与M2′镜上的反射。
这种干涉现象与厚度为d的空气膜产生的干涉现象等效。
改变M1与M2′的相对方位，就可得到不同形式的干涉条纹。
当M1与M2′严格平行时，产生等倾干涉条纹。
当M1与M2′接近重合、且有一微小夹角时，得到的干涉条纹是等厚直条纹。
图3 迈克尔逊干涉仪的基本光路图
由干涉原理可知，自M1和M2′反射的两束光的光程差为
θ
∆
=
2d
cos
式中d 为M 1与M 2′的间距，θ为光（1）在M 1上的入射角。
当d 为某一常量时，两光的光程差完全由倾角θ来确定，其干涉条纹是一系列与不同倾角θ对应的同心圆形条纹。
其中亮条纹与暗条纹所满足的条件是：
()⎪⎩
⎪⎨⎧+==∆暗条纹亮条纹 212 cos 2λλθk k d （k ＝0，1，2，…） 当θ＝0时，光程差Δ＝2d ，对应于中心处垂直于两镜面的两束光具有最大的光程差。
因而中心条纹的干涉级次k 最高，偏离中心处，条纹级次越来越低。
当M 1与的M 2′的间距d 改变时，干涉条纹的疏密就会变化。
以某k 级条纹为例，当d 增大时，为了满足2d cos θ＝k λ的条件，cos θ必须要减小，因而θ角必须增大，所以此时第k 级的位置必然向外移动。
于是在E 处，就可观察到条纹会不断向外扩张，条纹逐渐变密变细。
当d 减小时，条纹会不断向里收缩，条纹逐渐变疏变粗。
到达等光程位置时（M 1与M 2′重叠），干涉条纹最大最粗。
3.3 在迈克耳孙干涉仪上观察不同定域状态的干涉条纹
（1）点光源产生的非定域干涉条纹
由干涉理论可知，两个相干的单色点光源发出的球面波在空间相遇会产生非定域干涉条纹。
用一个毛玻璃屏放在两束光交叠的任意位置，都可接收到干涉条纹，如图4所示。
点光源S 经M 1、M 2
镜反射后，在E 处产生的干涉就好比由
虚点光源S 1和S 2所产生的干涉。
其中S 1
是点光源S 经G 1和M 1镜面反射而成的
虚像，S 2相当于S 由G 1和M 2′镜面反射所成的虚像。
当M 1和M 2′镜平行时，在毛玻璃屏E 处就可观察到点光源产生的非定域的同心圆条纹。
图4 点光源产生的非定域干涉
（2）扩展面光源产生的定域干涉
当使用扩展面光源（如钠灯、低压汞灯加上一块毛玻璃）做光源照明迈克耳孙干涉仪时，面光源上的每一点都会在观察屏E处产生一组干涉条纹，面光源上无数个点光源在观察屏的不同位置上产生无数组干涉条纹，这些干涉条纹非相干叠加的结果，使得毛玻璃E处出现一片均匀的光强，看不清干涉条纹。
此时只有在干涉场的某一特定区域，这无数组干涉条纹才可以进行非相干叠加，干涉条纹仍可持相当的清晰度，这种干涉条纹称为定域干涉，这一特定区域称为干涉条纹的定域位置。
当M1与M2′平行时，条纹的定域位置出现在透镜L的焦平面或在无穷远处，见图5所示。
观察这种条纹时，应去掉观察屏，将眼睛直接通过干涉仪的G1向M1方向望进去，在无穷远处可看到清晰的同心圆条纹。
当你眼睛上下左右移动时，干涉条纹不会有冒出或缩进去的现象，干涉条纹的圆心随着眼睛的移动而移动，而各圆的直径不会发生变化，这样的干涉条纹才是严格的等倾干涉条纹。
当M1与M2′非常接近时，微调M2′背后的三个螺丝，使M2′与M1之间
有一个微小的夹角，此时在镜面M1附近可观察到等厚干涉条纹。
它们的形状如图6示，在M1与M2′的交棱附近的条纹是近似平行于交棱的等间距直线，在偏离交线较远的地方，干涉条纹呈弯曲的形状，凸面对着交棱。
这种等厚干涉条纹定域在薄膜表面附近，因而观察时人眼应调焦在反射镜M1附近。
图5 等倾干涉条纹图6 等厚干涉条纹从前面的分析可以看出，无论哪种情况，M1与M2′的间距d和倾角对干涉条纹的形状和间隔的影响都是相似的，差别表现在干涉条纹的定域上。
因此，我们可以得到在迈克尔孙干涉仪上观察到干涉的两个必要条件：
1）由分光板所产生的（1）、（2）两束光的光程要大致相等，即d不能太大（参见图3）；
2）反光镜M1与M2要垂直或接近垂直（M1与M2′平行或接近平行）。
本实验采用HNL-55700多束光纤激光源做为光源照明迈克耳孙干涉仪。
它采用550mm中功率激光管和进口高传输性光纤，通过精密光学分束机构分至七束光纤，每束出射光纤波长为632.80nm，长度为4米，每根光纤在同一实验内可拉伸到不同的工作台，这样七台迈克尔逊干涉仪只要配用一台HNL-55700多
束光纤激光源。
一束激光经一个短焦距透镜（扩束器）会聚后，可认为是一个很好的点光源。
因HNL-55700多束光纤激光源光纤出射的激光已经扩束，故不需另加扩束镜。
使用时，将一束光纤输出端固定在迈克尔逊干涉仪的左端，使光轴基本与固定镜M2垂直。
四、实验步骤
（1）调节干涉仪底脚螺丝，使仪器基本水平。
调节M2镜座上的微调弹簧螺旋，使它处在弹簧适中的位置。
（2）转动大转轮，使得移动镜M1的位置和固定镜M2相对于分光镜后表面中心的距离大致相等。
（3）打开激光器，使光纤激光束大致垂直于固定镜M2。
从投影屏处观察（此时不放投影屏），可看到由M1和M2各自反射形成的两排激光光斑，每排都有几个光点，这是由于G１上与半反射面相对的另一侧的平玻璃面上亦有部分反射的缘故。
调节M1和M2背面的三只螺丝，使两排中的两个最亮的光斑大致重合，则M2＇与M1大致互相平行。
（4）装上投影屏，即可在屏上观察到非定域干涉条纹，再轻轻调节M1和M2后的调节螺丝，使出现的圆条纹处于投影屏中心。
转动微调转轮，使移动镜M1前后移动，观察条纹的变化：从条纹的“冒出”或“缩进”说明M1、M2＇之间的距离d是变大还是变小，观察并解释条纹的粗细，密度和d的关系。
五、注意事项
1．调整各部件用力要适当，均匀缓慢，不可强旋硬搬。
2．反射镜、分束板的光学表面不可用手触摸，不允许擦拭。
3．使用完毕，应适当放松M1和M2背面的三个螺钉、水平拉簧螺钉和竖直拉簧螺钉，以免弹簧片、拉簧和支杆弹性疲劳。
六、思考题
1、在迈克尔逊用激光做光源时的调整过程中，为什么看到的是两排光点，而不是两个？
2、怎样调节迈克尔逊干涉仪使干涉条纹出现？
3、迈克尔孙干涉仪所产生的干涉条纹的疏密程度是由什么因素决定的？变化规律怎样？
4、如何由干涉条纹的疏密变化、条纹的“冒”出或“陷”进来判断M2′与M1的间距d的大小及M1在M2′前后的位置？。