[VIP专享]迈克尔孙干涉
迈克尔逊干涉仪干涉现象原理
迈克尔逊干涉仪干涉现象原理迈克尔逊干涉仪是一种用于测量光的干涉现象的仪器，由美国物理学家迈克尔逊于19世纪末发明。
它利用光的波动性质，通过光的干涉现象，来测量光的性质和测量长度等物理量。
迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理是通过将光分成两束，让它们分别经过两个不同的光路，然后再将它们重新合并在一起，观察光的干涉现象。
迈克尔逊干涉仪的结构由一个光源、一个分束器、两个光路和一个合束器组成。
光源发出的光经过分束器后被分成两束，分别通过两个光路。
光路中的一个被称为参考光路，另一个被称为待测光路。
在参考光路中，光线经过一面半透明镜后被反射回来，然后与待测光路中的光线在合束器处重新合并。
在合束器处，两束光线相遇，形成干涉现象。
当两束光线相遇时，它们会产生干涉现象。
干涉现象是由于光的波动性质所引起的，当两束光线的相位差为整数倍的波长时，它们会相互增强，产生明亮的干涉条纹；而当两束光线的相位差为半整数倍的波长时，它们会相互抵消，产生暗淡的干涉条纹。
通过观察干涉条纹的变化，可以得到关于光的性质以及光路长度的信息。
迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理可以用以下几个关键步骤来描述。
首先，光源发出的光经过分束器被分成两束，一束经过参考光路，一束经过待测光路。
然后，两束光线分别经过不同的光路，其中参考光路的一束光线经过半透明镜反射回来，与待测光路中的光线在合束器处重新合并。
最后，通过观察合束器处的干涉条纹，可以得到关于光的性质和光路长度的信息。
迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理可以应用于许多领域。
在物理学中，它可以用来测量光的波长、光速、折射率等物理量。
在工程学中，它可以用来测量长度、厚度、形状等。
在天文学中，它可以用来测量星体的距离和直径等。
迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理的应用广泛，对于科学研究和工程实践具有重要的意义。
迈克尔逊干涉仪利用光的干涉现象来测量光的性质和物体的长度等物理量。
它的干涉现象原理是通过将光分成两束，经过不同的光路后再重新合并，观察干涉条纹的变化来获取信息。
《光学实验》迈克耳逊干涉仪
注 意 事 项
① 不能用手触摸各光学元件；
② 调节M１、M２背后的螺丝
时应该缓慢旋转； ③ 不要让激光直射入眼。
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数 据 处 理
① He-Ne激光的波长
记录每隔50个干涉条纹中心“涌 出”或“淹没”的M２镜位置读数，用 逐差法计算M２镜移过的距离Δd，计 算其平均值和不确定度，进一步计算 波长及其不确定度。
实验原理——测量钠光的双线波长差Δλ
因此
1 2 2
k
1 2
L
1 2
1 2
L
2
L
对于视场中心来说，设M２镜在相继两 次视见度最高（或为零）时移动距离为Δd， 则光程差的变化ΔL应等于2Δd
2
2d
（4）
钠光波长＝589.3 nm，如果测出在相继两次 视见度最小时，M２镜移动的距离Δd ,就可以 由式(4)求得钠黄光双线的波长差。
k 0 ,1, 2
(2)
实验原理——点光源产生的非定域干涉
当M２和M１′的间距d逐渐增大 时，对任一级干涉条纹，例如k级 ，必定是以减少cosiｋ的值来满足式 (2)的，故该干涉条纹间距向iｋ变 大(cos iｋ值变小)的方向移动，即向 外扩展。这时，观察者将看到条纹 好像从中心向外“涌出”，且每当 间距d增加λ/2时就有一个条纹涌出 。反之，当间距由大逐渐变小时， 最靠近中心的条纹将一个一个地“ 陷入”中心，且每陷入一个条纹， 间距的改变亦为λ/2。
② 钠黄光双线波长：
5893 A
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思 考 题
①试根据迈克尔干涉仪的光路，说明各光学 元件的作用，总结迈克尔逊干涉仪的调 整要点及规律。 ②实验中看到的等倾圆条纹与牛顿环条纹有 何异同？使M１和M２逐渐接近时等倾干 涉条纹将越来越疏，试描述并说明在零 光程处所观察到的现象。
迈克耳孙干涉仪
参考镜
参考臂扫描可得到样品深度方向的 参考臂扫描可得到样品 深度方向的 深度方向 一维测量数据
眼睛
光束在平行于样品表面的方向进行 扫描测量，可得到横向的数据 横向 扫描测量，可得到横向的数据 将得到的信号经计算机处理便可得 到样品的立体断层图像 到样品的立体断层图像
光源
探测器
实验装置－光纤化的迈克耳逊干涉仪 实验装置－光纤化的迈克耳逊干涉仪
三. 迈克尔孙干涉仪的应用 1. 测定长度及光的相干长度 视场中每变化(移动) 视场中每变化(移动)一个条纹 λ/2 的空气膜距变化 单色光， 单色光，待测长度
l =N
λ
2
非单色光源 l 的最大量程 lM 应为相干长度之半
1 λ lM = L0 = 2 2λ
2
2. 光谱分析 傅立叶变换光谱仪 光谱分析—傅立叶变换光谱仪 给定光谱线型， 给定光谱线型，干涉强度随光程差变化关系 ∞ --傅立叶余弦变换 i() = 2∫ i(σ ) cos(2πσ)dσ --傅立叶余弦变换
相邻暗纹的角距离
di λ λ = ≈ δi = dm 2hsin i 2hi
fλ fλ 相邻环线的线距离 e = fδi = ≈ 2hsin i 2hi
--观测透镜焦距 f --观测透镜焦距
* 等倾条纹特点 (1) 当 = λ / 2 整个视场为暗区（实际由于镀膜视 整个视场为暗区（ 场不暗）； 场不暗）； (2) 当 h 增大时，有： 增大时 a. 中心亮暗交替，h 每改变 λ / 4 ，光程改变 λ / 2， 中心亮暗交替， 暗亮转换一次； 暗亮转换一次； b. 圆环不断从中心涌出并向外散开，h每增加 λ / 2 , 圆环不断从中心涌出并向外散开， 每增加 从中心生出一个新亮点; 从中心生出一个新亮点; c. 同一位置处( i 固定)条纹随h增加越来越密。 同一位置处( 固定) 增加越来越密。 (3) 当 h 减小时，1) 相同；2)、3)相反；圆环向中 减小时 相同； 、 相反 相反； 心靠拢
迈克尔逊干涉仪
3.1.1 迈克尔孙干涉仪（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）1881年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精心设计了这种干涉测量装置。
迈克尔孙和莫雷（Morey）用此一起完成了在相对论研究中有重要意义的“以太”漂移实验。
迈克尔孙干涉仪设计精巧、应用广泛，许多现代干涉仪都是由它衍生发展出来的。
本实验的目的是了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法，观察非定域干涉条纹，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。
实验原理1．迈克尔孙干涉仪的结构和原理迈克尔孙干涉仪的原理图如图3.1.1-1所示，A和B为材料、厚度完全相同的平行板，A的一面镀上半反射膜，M1、M2为平面反射镜，M2是固定的，M1和精密丝杆相连，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。
光源S发出的光射向A板而分成（1）、（2）两束光，这两束光又经M1和M2反射，分别通过A的两表面射向观察处O，相遇而发生干涉，B作为补偿板的作用是使（1）、（2）两束光的光程差仅由M1、M2与A板的距离决定。
由此可见，这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长，而且其路径是互相垂直的，分的很开，这正是它的主要优点之一。
从O处向A处观察，除看到M1镜外，还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2，M1与M2镜所引起的干涉，显然与M1、M’2引起的干涉等效，M1和M’2形成了空气“薄膜”，因M’2不是实物，故可方便地改变薄膜的厚度（即M1和M’2的距离），甚至可以使M1和M’2重叠和相交，在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体，这些都为其广泛的应用提供了方便。
2．点光源产生的非定域干涉一个点光源S发出的光束经干涉仪的等效薄膜表面M1和M’2反射后，相当于由两个虚光源S1、S 2发出的相干光束（图3.1.1-2）。
迈克尔孙干涉仪【可编辑】
3.1.1 迈克尔孙干涉仪（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）1881年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精心设计了这种干涉测量装置。
迈克尔孙和莫雷（Morey）用此一起完成了在相对论研究中有重要意义的“以太”漂移实验。
迈克尔孙干涉仪设计精巧、应用广泛，许多现代干涉仪都是由它衍生发展出来的。
本实验的目的是了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法，观察非定域干涉条纹，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。
实验原理1．迈克尔孙干涉仪的结构和原理迈克尔孙干涉仪的原理图如图3.1.1-1所示，A和B为材料、厚度完全相同的平行板，A的一面镀上半反射膜，M1、M2为平面反射镜，M2是固定的，M1和精密丝杆相连，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。
光源S发出的光射向A板而分成（1）、（2）两束光，这两束光又经M1和M2反射，分别通过A的两表面射向观察处O，相遇而发生干涉，B作为补偿板的作用是使（1）、（2）两束光的光程差仅由M1、M2与A板的距离决定。
由此可见，这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长，而且其路径是互相垂直的，分的很开，这正是它的主要优点之一。
从O处向A处观察，除看到M1镜外，还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2，M1与M2镜所引起的干涉，显然与M1、M’2引起的干涉等效，M1和M’2形成了空气“薄膜”，因M’2不是实物，故可方便地改变薄膜的厚度（即M1和M’2的距离），甚至可以使M1和M’2重叠和相交，在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体，这些都为其广泛的应用提供了方便。
2．点光源产生的非定域干涉一个点光源S发出的光束经干涉仪的等效薄膜表面M1和M’2反射后，相当于由两个虚光源S1、S 2发出的相干光束（图3.1.1-2）。
迈克耳孙干涉仪等倾干涉
空气
n 1 107.2 1.00029
2l
第十四章 波动光学
G
l M2
14 – 4 迈克耳孙干涉仪 等倾干涉
物理学教程 （第二版）
二 等倾干涉
M'2 M1
n1
d
M2
P F
L
G1
G2
M1 M2
i
D
M1
A
C
M2
B
d
Δr 2d 1 sin2 i
等倾干涉条纹为相同倾角 入射光经 M1、M2 反射会聚后
d
插入介质片后光程差
n M2 Δ' 2d 2(n 1)t
光程差变化
G1
G2
t
Δ' Δ 2(n 1)t
介质片厚度
2(n 1)t k
干涉条纹移动数目
第十四章 波动光学
t k
n 1 2
14 – 4 迈克耳孙干涉仪 等倾干涉
物理学教程 （第二版）
例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入玻璃管,
长为 l 10.0cm，其中一个抽成真空， 另一个则储有
压强为 1.013105 Pa 的空气 , 用以测量空气的折射率 .
设所用光波波长为546nm，实验时，向真空玻璃管中逐
渐充入空气 ，直至压强达到 1.013105 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 n .
解 Δ1 Δ2 107.2
M1 真空
2(n 1)l 107.2
d C, r r (i) 所形成的点的轨迹.
第十四章 波动光学
G1
d
M1 M2
反
射
镜
G2
迈克尔孙干涉仪
实验迈克耳孙干涉仪
级数增大，表现为有条纹从中心冒出，反之则湮灭。 （2） 条纹宽度
条纹宽度即研究 ∆δ 的大小，设级数为 k 的亮条纹圆周对应的倾斜角为 δ ，其边上向 外的亮条纹的倾斜角为 δ ＋ ∆δ ，两者满足：
kλ= 2d cosδ ; (k-1)λ= 2d cos(δ + ∆δ )
两式相减得：
2d cosδ − 2d cos(δ + ∆δ ) = λ
重复测量数次，代入公式 kλ=2d 中求出氦氖激光的波长。
组数
1
2
3
4
5
记录
初位置（mm）
末位置(mm)
差值(mm)
波长 (nm)
思考题 1、 调节纳光干涉条纹时，若已调节到“T”形指示线完全重合，但干涉条纹仍未出现， 试分析其原因。 2、 什么是定域干涉，什么是非定域干涉？试分析其产生的条件及成因。 3、 试分析白光照射条件下的干涉条纹情况。
干长度。用 Lm 表示。
Lm
≈
λ0 2 ∆λ
可见，光波的带宽越小，单色性越好，相干长度越长。例如：氦氖激光器发出的光， ∆λ 只
有10−3 ~ 10−6 Å，相干长度可以到达几米甚至几十千米，普通的钠灯和汞灯的 ∆λ ，相干长 度只有一两个厘米，白 灯的 ∆λ ，相干长度为波长的数量级，只能看到级数很小的彩色条
≈
λ 4(d ' − d )
其中 (d ' − d ) 是平面镜 M 1 从干涉条纹最清晰到消失所移动的距离，具体测量时改为测出相
邻两次出现条纹消失平面镜所移动的距离 ∆l = 2 (d ' − d ) 为明显和准确。
由此 可以得到钠光双线波长差。
−2
∆λ
=
λ1
光学课件：迈克耳孙干涉仪 光场的 时间相干性
中心暗纹：
j=0, 1, 2, 3,··· (3.5-5)
结论：增大膜厚，中心条纹级次增大，条纹密度增大。
3. 光的干涉与相干性
3.5.2 干涉条纹特点
(1) 等倾干涉（M1⊥M2，M1∥M2'）
条纹形状：同心圆环形条纹 中心涌出或涌入一个条纹对应的M2的位移：
3.5 迈克耳孙干涉仪
(3.5-6)
说明：空间相干性和时间相干性都没有严格的区域界限，在相干区域内存 在非相干成分，而相干区域外亦有相干成分。因此，实际光场总是
处于一种部分相干状态，其相干度即条纹对比度：g <1。
3. 光的干涉与相干性
3.5 迈克耳孙干涉仪
本节重点
1. 迈克耳孙干涉仪的结构原理及干涉图样的特点 2. 光源的单色性与干涉条纹衬比度的关系 3. 光场时间相干性、相干长度、相干时间的意义及表征 4. 时间相干性与空间相干性的区别
结论：一般情况下，具有一定光谱带宽的光源产生的干涉图样的衬比度g
随光程差D按函数sin(x/x)衰减。D=0时，g=1；D1=2p/Dk=−l2/Dl时， g=0（第一次）。谱线宽度Dl越小，衬比度随光程差的变化越缓慢。
Dl →0时， D→∞，1/D→0。
3. 光的干涉与相干性
3.5 迈克耳孙干涉仪
3.5.4 光场的时间相干性
问题的提出： 对于分振幅干涉而言，由于光程差的存在，使得两个参与叠加的光
波相当于来自同一光源在“不同时刻”发出的波列。衬比度等于0意味着 这些来自不同时刻的光波波列之间不相干。因此，实际中往往关心的是，
在给定照射光波中心波长l及光谱宽度Dl的情况下，经振幅分割而获得的
两个光波，在多大的时间间隔范围内可保持相干。这个时间间隔表征了 光场的纵向相干范围，即相当于来自光源同一点“不同时刻”发出的两 光波之相干性，故称为光场的时间相干性。
实验 迈克尔孙干涉仪的调节和使用
实验六 迈克尔孙干涉仪的调节和使用在物理学史上，迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验，精确地测量微小长度，否定了“以太”的存在，这个著名的实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路，1907年获诺贝尔奖。
迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。
随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。
目前，根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产、生活和科技领域。
实验目的：１．了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理。
２．学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。
３．观察等倾干涉条纹，测量He-Ne 激光的波长。
仪器和用具：迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器、扩束器。
实验原理：迈克尔孙干涉仪是利用分振幅的方法产生双光束而实现干涉的，其光路如图所示。
由于分光镜反射面的作用，光自M 1和M 2的反射相当于自M 1和M 2´（M 2通过分光镜反射面在M 1附近形成的虚像）的反射，即光在迈克尔孙干涉仪中产生的干涉与厚度为d 的空气膜产生的干涉等效。
M 1∥M 2´时形成等倾干涉，此时入射角为i 的各光束自M 1和M 2´反射后相干形成亮条纹的条件是：光程差 λk i d ==∆c o s2，0=k ，1，2……. 干涉条纹中心出现亮纹条件为： λk d ==∆2， 0=k ，1，2…….调节M 1的轴向位置，M 1和M 2´间的距离d 将发生变化，圆心处干涉条纹的级次随之改变，当观察者的目光注视圆心处时将会看到干涉条纹不断“冒出”或“陷入”。
每“冒出”或“陷入”一个干涉条纹，M 1和M 2´间的距离d 改变量为：2λ=∆d （1）根据（1）式，只要能从迈克尔孙干涉仪上读出始末二态反射镜M 1移动的距离Δd 并数出在这期间干涉条纹变化（冒出或陷入）的条纹数ΔN ，就可由下式计算出光波的波长：2λNd ∆=∆ （2）实验内容：（1）迈克尔逊干涉仪的手轮操作和读数练习（2）连续同一方向转动微调手轮，仔细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”现象，先练习读毫米标尺、读数窗口和微调手轮上的读数。
迈克尔孙干涉仪原理
迈克尔孙干涉仪原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠迈克尔孙干涉仪原理。
你说这迈克尔孙干涉仪啊，就像是一个神奇的魔法盒子。
它能把光玩出各种花样来，就好像咱小时候玩的万花筒一样。
想象一下，光就像一群调皮的小精灵，在迈克尔孙干涉仪里跑来跑去。
这干涉仪呢，有两个互相垂直的臂，就像是两条不同的跑道。
小精灵们在这两条跑道上跑啊跑，然后在一个地方相遇了。
当这些小精灵相遇的时候，会发生什么呢？嘿嘿，那就有趣啦！它们会相互作用，产生出各种奇妙的现象。
就好像两个小伙伴见面了，会一起玩出一些新花样。
咱再具体点说哈，光从一个光源出发，然后被分成两束。
这就好比是一个大部队分成了两个小分队。
这两束光沿着不同的路径前进，然后又汇聚到一起。
这时候，它们携带的信息就不一样啦，就像两个小分队出去探险，回来后各自有了不同的经历。
这些不同的信息一交汇，就会产生干涉条纹。
哇哦，这干涉条纹可太有意思了！就像一幅神秘的画卷，里面藏着光的秘密。
你看啊，通过观察这些干涉条纹，咱就能知道光的好多特性呢。
这多厉害呀！是不是感觉特别神奇？而且哦，迈克尔孙干涉仪的用处可大了去了。
它就像一把万能钥匙，可以打开好多科学大门呢。
比如说，咱可以用它来测量长度的微小变化，这可精确得很呐！它还能帮助我们研究各种材料的性质，就像一个侦探，能找出材料的小秘密。
这可真是个了不起的家伙！咱平时生活中虽然不太能直接看到迈克尔孙干涉仪，但它的作用却无处不在。
那些高科技的东西，说不定就有它的功劳呢。
总之呢，迈克尔孙干涉仪原理就是这么神奇，这么有趣，这么重要！咱可得好好了解了解它，说不定哪天咱也能像科学家一样，利用它做出大发现呢！你说是不是？原创不易，请尊重原创，谢谢!。
总结迈克尔孙干涉仪的调节要点
总结迈克尔孙干涉仪的调节要点
总结迈克尔孙干涉仪的调节要点
1. 调节仪器的频率信号：在调节之前，应确保频率信号的精度已达到要求，调节时应控制放电量，以确保信号的精确度。
2. 调节仪器的电源：调节前应确保电源适当，调节时应根据电源电压的变化来调节仪器的功能。
3. 配置仪器上的传感器：为了获得更准确的测量结果，在使用迈克尔孙干涉仪测量时，需要根据仪器的型号与传感器的类型来配置传感器，以便能够获得更精确的测量结果。
4. 确保仪器的准确性：测量结束前，应确保仪器的准确性，重视仪器的准确性，以确保仪器能够准确地输出测量结果。
5. 确保仪器的安全性：调节前应确保仪器的安全性，只有安全的仪器才能保证准确的仪器使用。
6. 对仪器进行保养：定期对仪器进行保养，可以确保仪器的性能和稳定性，使仪器能够正常使用。
- 1 -。
迈克尔逊干涉仪应用功能的扩展
迈克尔逊干涉仪应用功能的扩展
马克尔逊干涉仪是一种高精度和高复杂性的仪器，它的主要应用用途是测量准确的欧式光纤信号传播延迟，它能够实现光缆故障检测和定位，在时域及精密量测领域有很高的可靠性和精度。
它同时具有自动故障检测、校正量测操作、安全实验和自动分析等强大功能，在提高实验室水平、满足科研需求方面，十分适用。
随着技术发展，马克尔逊干涉仪的功能也不断扩展，鞍形光干涉实验功能可以用来测试和评定介质的薄度和透明度，由此可以大大提高测量和精度。
它还具有对模式散射光源的测量和分析功能，这能够准确测量模式散射光源的光束屈折率和焦距，提高了系统抗干扰性能，提高了测量精度和可靠性，并且可以方便测量时延、幅值、相位等精密参数。
马克尔逊干涉仪的量测功能不断扩充，例如，可以用来测量液体的密度、反射率和折射率等参数，以确保定量检测的精确性。
马克尔逊干涉仪以高精度、高稳定性及先进的技术实现绝对性的数据测量，被广泛应用于物理、电子、制冷、测绘等行业，成为获得先进物理测量结果的主要手段，扩展了实验和测量技术领域的研究范围，深受研究人员及各行各业的青睐。
迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测空气折射率-文档资料23页
d0/mm 50.48225 d4/mm 50.55215
d1/mm 50.50045 d5/mm 50.56975
d2/mm 50.51740 d6/mm 50.58642
d3/mm 50.53518 d7/mm 50.60455
数据处理
Δd1=d4-d0=50.55215-50.48225=0.06990mm Δd2=d5-d1=50.56975-50.50045=0.06930mm Δd3=d6-d2=50.58642-50.51740=0.06902mm Δd4=d7-d3=50.60455-50.53518=0.06937mm Δd平= (Δd1+Δd2+Δd3+Δd4) =0.06940mm
实验原理——仪器调节与读数方法
玻璃板G2 玻璃板G1
定镜M2
动镜M1 光源
观测屏 微调手轮
主尺 底座
粗调手轮 读数窗口
实验原理——仪器调节与读数方法
M1在导轨上由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。 M1位置的读数为：××.□□△△△ (mm) ××在mm刻度尺上读出。 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。 微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即M1移动 0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。 △△△由微动手轮上刻度读出。 注意螺距差的影响。
实验原理——仪器调节与读数方法
主尺
粗动手轮读数窗口
微动手轮
最后读数为：33.52246mm
实验内容
调节迈克尔孙干涉仪，观察等倾干 涉条纹
测氦氖激光的波长
光纤Michelson干涉仪
6、测量压力
图3中，把压力膜片表面镀上一层反射膜作为信号臂 光当来纤待改的测变反Δ压φ力射，P端同作面时用，也在压改膜力变片膜式上片(1时1距)，中离P的信改反号变射臂式率光(2R1纤f)，中端进l0面的而l0， 改变干涉光的光强，来达到测量目的，这种测量 方法精度高，测量压力的范围大且能实现非接触
光纤迈克尔逊干涉仪
一 ：原理 二 ：应用
一.原理
下图为普通光学迈克尔逊干涉仪原理图.
由激光器发出的光经分束器分成光强相等的两束 光.其中一束射向固定反射器镜,然后反射回分 束器,被透射的那另一束光入射到可移动反射 镜上,然后反射回分束器上,经分束器反射的一 部分光传至光探测器上,而另一部分经由分束 器透射,返回到激光器.当两反射镜到分束器间 的光程差小于激光器的相干长度时,射到光探 测器上的两相干光束便产生干涉,干涉光强由 公式A2=A12+A22+2A1A2cos(∆φ )确定.两相干光 的相位差为∆φ =2k0∆L
光纤迈克尔逊干涉相位差与 光强的关系图如下
若I1r、I2r为试件界面反射进入光纤的光强。则4 束反射光到达光探测器产生干涉，其输出光强 Iout可表示为：
于是又可得到
改进型的Michelson干涉仪，以下为其中两种
带有振控制器的迈克 尔逊干涉仪
带有偏振控制器的Michelson干涉仪．光纤偏振控制器 用来控制参考臂中传播的参考光的偏振态，使参考光和信 号光的偏振态相互匹配，因为传输光偏振态对于相干光通 信和光纤干涉仪以及干涉型光纤传感器的影响非常明显。
式中，k0是光在空气中的传播常数；2∆L是两相 干光的光程差。由两公式可知，可动反射镜每
移动∆L=λ /2长度，光探测器的输出就从最小 值变到最大值，再变到最大值，即变化一个周
迈克尔逊干涉仪PPT资料优选版
仪器结构原理——光路示意图
M1、M2：平 面反光镜
G1：分光板 G2：补偿板 M1′：M1
对G1镀银层 形成的虚象
仪器结构原理——光路说明
光源上一点发出的光线射到半透明层K上被2上被反射回来后，透过G1到达E处。光线 “1”透过G2射到M1，被M1反射回来后再透过G2射到K上，再 被K反射而到达E处。这两条光线是由同一条光线分出来的，所 以汉它们再次相遇时，会产生干涉现象。
通常，把屏E放在垂直于S’1S2连线的OA处，对应的干涉图样是一组同心圆，圆心在S’1S2延长线和屏的交点O上。 光源上一点发出的光线射到半透明层K上被分为两部分：光线“1”和“2”。 干涉讨论——条纹视见度与测定钠双线波长差
（2）点、面光源等倾干涉条纹。 迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性。
干涉讨论——干涉图样
在迈克耳孙干涉仪中，由M1、M2反射出来的光是 两束相干光，M 和M 可看作是两个相干光源，因此 M1、M2：平面反光镜
利用某种光源（如钠灯）的强双线可以观察到其1干涉条纹2视见度的空间周期性变化——拍现象
（2）用逐差法计在算出迈4个克△d，耳求出孙△d干的平涉均值仪。 中可观察到：
如果没有G2，光线“2”到达E时通过玻璃片G1三次，光线 “1”通过G1仅一次，这样两束光到达E时会存在较大的光程差 。放上G2后，使光线“1”又通过玻璃片G2两次，这样就补偿 了光线“1”到达E时光路中所缺少的光程。所以，通常将G2称 为补偿片。
光线“1”也可看作是从M1在半反射膜层中的虚像M’1反射 来的。在研究干涉时，M’1与M1是等效的。
由S’1S2到屏上任一点A，两光线的光程差Δ为 b 、当d增大时，光程差△每改变一个波长所需的δ的变化值减小，即两亮环（或两暗环）之间的间隔变小，看上去条纹变细变密。 1、非定域干涉条纹的获得
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目录摘要 (1)1 实验名称 (2)2实验目的 (2)3实验仪器 (2)4实验原理 (2)4.1迈克尔逊干涉仪的光路 (2)4.2单色点光源的非定域干涉条纹 (3)4.3迈克尔逊干涉仪的机械结构 (4)5 实验主要步骤 (5)5.1迈克尔逊干涉仪的调整 (5)5.2点光源非定域干涉条纹的观察与测量 (5)6 实验数据处理 (6)6.1实验数据记录 (6)6.2用逐差法处理数据 (6)6.3计算不确定度 (6)7 误差来源分析 (7)8 实验经验总结 (8)8.1对d的值选取问题 (8)8.2起始位置的选取 (8)8.3调节技巧 (8)8.4干涉图样不圆整、不规则 (8)9 实验的改进方案 (9)9.1实验计数系统改进 (9)9.2激光器的改进 (9)10 实验感想与收获 (10)11 对本学期基础物理学实验的体会和建议 (10)摘要通过迈克尔逊干涉仪观察光的分振幅干涉现象，采集数据并进行处理，计算出所测激光的波长，并对计算结果的不确定度进行仔细的分析。
根据实验数据对误差来源进行了定量分析，同时总结了实验仪器调节的经验与方法。
最后，根据自身的实验经历对实验的改进提出建设性的意见。
关键词：迈克尔逊干涉；波长；误差；实验改进。
1 实验名称迈克尔逊干涉仪的调整和使用2实验目的1. 了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节方法；2. 观察等倾干涉、等厚干涉现象；3. 利用迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光器的波长。
3实验仪器迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器，小孔，扩束镜，毛玻璃。
4实验原理4.1迈克尔逊干涉仪的光路图1 迈克尔逊干涉仪的光路图2 点光源非定域干涉迈克尔逊干涉仪的光路如图1所示，从光源S发出的一束光射在分束板G1上，将光束分为两部分：一部分从G1的半反射膜处反射，射向平面镜M2；另一部分从G1透射，射向平面镜M1。
因G1和全反射平面镜M1、M2均成45°角，所以两束光均垂直射到M1、M2上。
从M2反射回来的光，透过半反射膜；从M1反射回来的光，为半反射膜反射。
二者汇集成一束光，在E处即可观察到干涉条纹。
光路中另一平行平板G2与G1平行，其材料及厚度与G1完全相同，以补偿两束光的光程差，称为补偿板。
反射镜M1是固定的，M2可以在精密导轨上前后移动，以改变两束光之间的光程差。
M1，M2的背面各有3个螺钉用来调节平面镜的方位。
M1的下方还附有2个方向相互垂直的拉簧，松紧它们，能使M1支架产生微小变形，以便精确地调节M1。
在图1所示的光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像。
对观察者而言，两相干光束等价于从M1’和M2反射而来，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同M2图3 迈克尔逊干涉仪使用时要注意以下几点：①调整各部件时用力要适当，不可强旋硬扳。
②经过精密调整的仪器部件上的螺丝都涂有红漆，不要擅自转动。
③反射镜、分光镜表面只能用吹耳球吹气去尘，不允许用手摸、哈气及擦拭。
④读出装置调零方法：先将微动手轮调至“0”，然后再将粗动轮转至对齐任一刻线，此后微动轮可带动粗动轮一起旋转。
5 实验主要步骤5.1迈克尔逊干涉仪的调整（1）调节激光器，使激光束水平的入射到M1，M2反射镜中部并基本垂直于仪器导轨。
方法：首先将M1，M2背面的3个螺钉及M2的2个微调拉簧均拧成半紧半松，然后上下移动，左右旋转激光器并调节激光管俯仰，使激光束入射到M1，M2反射镜的中心，并使由M1，M2反射回来的光点回到激器光束输出镜面的中点附近。
（2）调节M1，M2互相垂直。
方法：在光源前放置一小孔，让激光束通过小孔入射到M1，M2上，根据反射光点的位置对激光束方位做进一步细调。
在此基础上调整M1，M2背面的3个方位螺丝钉，使两镜的反射光板均与小孔重合，这时M1，M2基本垂直。
5.2点光源非定域干涉条纹的观察与测量（1）将激光束用扩束镜扩束，以获得点光源。
这时毛玻璃观察屏上应该出现条纹。
（2）调节M1镜下方微调拉簧，使产生圆环非定域干涉条纹。
这时M1，M2的垂直程度进一步提高。
（3）将另一小块毛玻璃放到扩束镜与干涉仪之间，以便获得面光源。
放下毛玻璃观察屏，用眼睛直接观察干涉环，同时仔细调节M1的两个微调拉簧，直至眼睛上下、左右晃动时，各干涉环的大小不变，即干涉环的中心没有吞吐，只是圆环整体随眼睛一起平动。
此时得到面光源定域等倾干涉条纹，说明M1与M2严格垂直。
（4）移走小块毛玻璃，将毛玻璃观察屏放回原处，仍观察点光源等倾干涉条纹。
改变d值，使条纹内扩或外缩，利用式λ=2Δd/N，测出激光的波长。
要求圆环中心每吞(或吐)100个条纹，即明暗交替变化100次记下一个d，连续测10个值。
该分析结果与实验所得结果相吻合。
(2)在调节M1与M2垂直的时候，如果M1’和M2不是严格平行，则对测量结果也会产生影响，而实际情况也很难做到严格平行，此时反射系统等价成一个“空气劈尖”，将会在等倾干涉的基础上加入等厚干涉的成分。
因此，从严格意义上讲，λ=2Δd/ΔN不再成立。
这时，如果仍用该公式计算光波长将不准确，也会在结果中引入误差。
(3)由于温度和空气湿度不同而引起空气折射率的变化，从而导致误差。
经查阅资料我们得知空气的折射率随着温度成指数衰减，但是我们没有找到一个定量的关系，最后查到了在20℃时的空气折射率是1.000276，由公式λ=2Δd/N可知，这样应该造成的误差就是∆λ=2∆d×0.000276 / N,其误差不超过3 /10000.另外，由于实验仪器存在空程误差，若没有在测量前进行严格消除，则会使得实验结果不准确。
8 实验经验总结在做迈克尔逊干涉实验的过程中，作者对实验的调节和测量中需要特别注意的问题进行了总结，以便读者操作时提高效率。
8.1对d的值选取问题如果发现干涉条纹过于密集，应该适当减小d的值，若发现干涉条纹不是环形而接近于直线，那就是d的值过于小而造成的，应当适量增大。
一般M1 镜在轨道上的读数为35mm左右得到的干涉条纹大小最适合测量。
8.2起始位置的选取调出干涉条纹后, 通过旋转微调鼓轮可观察到条纹“冒出”和“陷入”的情况。
在测量时, 两种情况都是可取的。
本实验需要长时间盯着屏上的干涉图样观察, 学生在实验中需要测量的干涉条纹较多, 容易因眼睛疲劳视野模糊出现误差, 为了有效减轻眼睛的负担, 从保护眼睛的角度出发, 一般建议选中心为暗斑时作为起始位置开始测量。
8.3调节技巧有时可能会遇到这样的情况，转动微调鼓轮时, 干涉环变化缓慢, 甚至出现图样变化突然中断的现象, 从而使其读数与干涉环数不相符。
此时应当将移动镜拖板重新调节固定, 减少空隙; 旋紧传动螺母上的紧固螺纹, 使螺杆挡板与导轨间隙达到正常范围。
8.4干涉图样不圆整、不规则有时我们会发现得到的条纹不是圆形而是椭圆或者双曲线，那就是由于光程差太大造成的，可能的原因是补偿版和分光板不平行造成的。
当分光板与补偿板不平行时, 两路干涉光的光程差发生改变, 这时为2cos i iL e θ∆=∆+∆其中,Δi 为因分光板和补偿板不严格平行所产生的附加光程差; θi 为光到M 1 、M 2 形成的空气膜的入射角。
此时由于Δi 的存在导致图像形状的改变,等倾干涉图像可能为椭圆和双曲线。
此时应当细心调节微调螺丝，使得两个板平行即可。
9 实验的改进方案9.1实验计数系统改进本实验的计数完全依靠人肉眼完成，这样不仅大大提高了不确定度，同时对眼睛也有很大伤害。
作者经过思考后，根据所学过的知识设计了一种简单可靠的计数系统，可以在准确计数的同时保护人的眼睛。
在光屏处增加一个光电计数器。
它与光屏之间的角度可以调节。
设计思路如下：1.调整干涉时，将观点计数器从屏前移开，将中心亮斑调整至合适大小。
2.调整好干涉条纹后，将光电计数器移至屏幕前，使其光电感应头对准中心亮斑。
3.旋转手轮进行测量。
中心亮斑每出现一次，计数器就增加1。
9.2激光器的改进本实验中，激光器的位置是十分重要的。
它不仅关系到能否调整出清晰的干涉条纹，同时它的稳定性直接影响实验的结果。
作者受到双棱镜干涉实验的启发，认为可以在迈克尔逊干涉仪左端安装一个光具座，将氦氖激光器、扩束镜、毛玻璃等安装在光具座上。
如下图所示：这样做的好处有：1.方便调节激光器，使其准确度上升。
2.使激光器相对固定，防止在实验过程中因意外改变激光器的位置从而导致整个实验前功尽弃。
3.加装光具座后，可以很大程度上减小意外碰撞桌面或按压桌面时造成的干涉条纹的突变。
10 实验感想与收获迈克尔逊干涉仪实验给我们很深刻的印象和教育作用。
这是我进行的第一个光学实验。
做实验的过程不仅使我们对迈克尔逊干涉仪有了进一步的了解和认识，更充分培养锻炼了我们的细致严谨的品质。
调节M1，M2相互垂直的过程要求我们在熟知原理操作过程做好预习的基础上更要多一份耐心和钻研，调节吞吐的过程和数环计数的过程更要精益求精。
由于迈克尔逊干涉仪设计精巧，特别是它可以将两束相干光完全分开，光程差可以根据实际要求做各种改变，因而具有重要的实用价值。
例如，在某一光路上加上待测物质后，相干光的光程差发生变化，观察相应的条纹变化则可测量待测物质的性质（如厚度，折射率等）。
迈克尔逊干涉仪的测量结果可以精确到与光波波长相比拟。
它还可以用于光谱的精细结构，薄膜厚度，物质折射率的测量等。
学好迈克尔逊干涉仪，做好迈克尔逊干涉仪实验对将来做好科研意义重大，这是对我们极重要的一课。
11 对本学期基础物理学实验的体会和建议最后一次实验报告要写，其余实验报告不用写。