普通物理学3-5迈克尔逊干涉仪
迈克耳孙干涉仪
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪是根据分振幅薄膜干涉原理制成的精密仪器，它不仅用于
观察和精确测定等倾等厚干涉，而且在光的电磁本性研究（否定‘以太’的存 在）
和一相、对论装的置建：立中起了决定性的作用。
M 2
如右图示：M1、M2是两块垂 直的平面镜，分别称为动镜、
定镜；G1和G2是两块材料相 同、厚薄均匀、几何形状完全 S 相同且平行放置的光学平板，
与水平方向成450角放置。 G1 底面镀有半透半反的薄银层；
P L1
G1 称为分光板，G2称为补偿 板。 M2’为M2 对G1镀银层所 成的虚象。S为扩展光源，F
为接收屏，L1、L2为凸透镜。
M1
G1
G2
M2
L2 F
M 2
②由于是空气薄膜，上、下
M1
两表面反射时均存在半波损 失，G1下表面的反射光有半
① ②光的光程差
ct
lv2 c2
3. 将仪器旋转90°，两路光的
光程差变化为
2
2lv2 c2
干涉条纹移动数目为
N 2
2lv2
c 2
0.4条
② v
M2 M1
G1 G2
① 以太风
干涉条纹移动数目为
N 2
2lv2
c 2
0.4条
由此可从理论上推算出以太风的速度，干涉仪应可测出 条纹的移动，但实验没有发现移动。
它可用于精密测定样品长度和媒质折射率，研究光谱 的精密结构等。它们在光学仪器制造工作中常用于对平板 、棱镜、反射镜、透镜等各种元件作质量检测。
１.测量国际标准尺“米”的长度
1892年，迈克耳孙用他的干涉仪最先以光的波长测定 了国际标准米尺的长度。用镉蒸汽在放电管中发出的红色 谱线来量度米尺的长度，在温度为15℃,压强为1atm高的干 燥空气中，测得1m=1553，163.5倍红色镉光波长，或：红 色镉光波长λ=643.84722（nm）
迈克尔逊干涉仪实验原理
迈克尔逊干涉仪实验原理迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象测量光波长、折射率、透明薄膜厚度和其他光学参数的仪器。
它由美国物理学家迈克尔逊于1881年发明，被广泛应用于精密测量和科学研究领域。
迈克尔逊干涉仪的实验原理基于干涉现象，通过光的干涉来实现精确的测量，下面我们来详细了解一下迈克尔逊干涉仪的实验原理。
首先，迈克尔逊干涉仪由光源、分束镜、反射镜、反射镜、透明样品和接收屏幕组成。
当光源发出的平行光束通过分束镜后，会被分成两束光线，一束直接射向反射镜，另一束射向透明样品。
透明样品可以是待测的物体，也可以是用来测量光波长的标准样品。
两束光线分别被反射镜反射后再次汇聚在接收屏幕上，形成干涉条纹。
其次，根据迈克尔逊干涉仪的实验原理，干涉条纹的位置与光程差有关。
光程差是指两束光线在传播过程中所经历的光程差异。
当两束光线相遇时，如果它们的光程差是波长的整数倍，就会产生明显的干涉条纹。
通过测量干涉条纹的位置，可以推导出光波长、透明样品的折射率和厚度等参数。
再次，迈克尔逊干涉仪的实验原理还可以用来测量光源的稳定性和光学元件的质量。
通过观察干涉条纹的变化，可以判断光源的频率稳定性和光学元件的表面平整度。
这对于精密测量和光学研究具有重要意义。
最后，迈克尔逊干涉仪的实验原理在科学研究和工程应用中发挥着重要作用。
它不仅可以用来测量光学参数，还可以用来研究光的波动性质和光学材料的特性。
在现代科学技术领域，迈克尔逊干涉仪被广泛应用于光学仪器的校准、精密测量和光学元件的质量检测。
总之，迈克尔逊干涉仪的实验原理基于光的干涉现象，通过测量干涉条纹的位置来实现精确的光学参数测量。
它在科学研究和工程应用中具有重要作用，为光学领域的发展做出了重要贡献。
希望本文对迈克尔逊干涉仪的实验原理有所帮助，谢谢阅读！。
《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。
迈克尔逊干涉仪实验实验原理和实验内容
迈克尔逊干涉仪实验实验原理和实验内容1. 前言：干涉的奇妙世界大家好，今天咱们要聊的就是那个听起来高大上的“迈克尔逊干涉仪”，别被这个八字打住了，咱们的目的是轻松地来了解它，轻松得就像喝个茶。
一说到干涉，这个词可能让人想到波浪、水面、或者干脆就被“干扰”了心情。
其实，这个腻歪的东西在科学里可是一块宝藏！乍一听，这干涉仪好像高深莫测，实际上，它可不仅仅是出现在实验室里的神秘家伙，而是揭示了光的波动性和奇妙的一面。
1.1 干涉是什么？那么，干涉到底是个啥玩意儿呢？简单来说，就是两束光波在特定条件下相遇、重叠，产生的那种“你搅我、我搅你”的交融效果。
有点像咱们日常生活中朋友聚会时那种热火朝天的氛围，几个人一聊，气氛就一下子活跃起来了，对吧？不过，在光学里，这种“搅拌”可以让我们看到明暗相间的条纹，也就是所谓的干涉条纹。
1.2 迈克尔逊干涉仪的原理现在，咱们来说说这个干涉仪的“主角”迈克尔逊。
他可是个厉害角色，1890年就捣鼓出了这个小玩意儿，而且他一颗心就是想研究光的本质。
迈克尔逊干涉仪的原理，就像一个“光的分身术”。
仪器把一束光分成两条路，就像是分开了的姐妹，走向不同的方向。
然而，在两束光走了个来回之后，它们又会汇合在一起。
这个时候，如果两束光走的路程不一样，最后就会形成干涉现象。
咱们的迈克尔逊可真是个“分道扬镳”的聪明才子，没错吧？2. 实验内容：构造我们的干涉仪说了这些理论，小伙伴们一定想知道，咱们到底怎么把这个光的“阴谋”一一揭开呢？别着急，接下来我们就来构造一下这台干涉仪。
其实也不复杂，一个干涉仪大致需要一些简单的器材——一个光源、一个分光镜、两面镜子，以及一个接收器。
听起来像准备一顿美味大餐，其实就这么简单。
2.1 搭建仪器首先，咱们得找一个光源，通常用激光比较好，清晰又亮。
接着，用一个分光镜把这束激光“劈头盖脸”地给分成两束，一道走左边，一道走右边，嘿，姐妹分开后就精彩了！然后再用镜子将两束光分别反射回去，向着相同的方向走来，这过程就像两位舞者在场上翩翩起舞，越跳越带感。
光学—迈克尔逊干涉仪
摘要：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。
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。
关键字：迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器及电源，扩束镜（凸透镜），挡光片一片，升降台，玻璃板，白光光源。
一、迈克尔逊干涉仪工作原理干涉条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光的光程差位置分布的函数。
若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差变化的原因，可能是光线长度L发生变化，或是光路中某段介质的折射率n发生了变化，或是薄膜的厚度e发生了变化。
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G1精密丝相连，使其可以向前后移动，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会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。
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”。
M2和M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在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。
如果要观察白光的干涉条纹，臂基本上完全对称，也就是两相干光的光程差要非常小，这时候可以看到彩色条纹；假若M1或M2有略微的倾斜，就可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称的彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。
高二物理计划利用迈克耳孙干涉仪测量光的折射率
高二物理计划利用迈克耳孙干涉仪测量光的折射率利用迈克耳孙干涉仪测量光的折射率是物理实验中常见的实验方法，旨在通过干涉现象来确定光在不同介质中的折射率。
本文将介绍迈克耳孙干涉仪的原理、实验操作步骤及实验结果分析。
一、迈克耳孙干涉仪原理迈克耳孙干涉仪是一种基于干涉现象测量光的相位差的仪器。
它由一束单色光、两个平行的玻璃片和一片厚度可调的透明物体组成。
当光线从一个介质射向另一个介质时，会发生折射现象，导致相位差。
利用迈克耳孙干涉仪可以通过调整其中一块玻璃片与透明物体之间的距离，观察干涉条纹的变化，从而计算得到光的折射率。
二、实验操作步骤1. 准备实验所需材料：迈克耳孙干涉仪、光源、标定物体（如气泡级液体）、调节装置等。
2. 将迈克耳孙干涉仪放置在稳定的台架上，并调整其水平。
3. 打开光源，将光线通过准直系统射入迈克耳孙干涉仪，保证光线严格平行。
4. 调节仪器，使两个平行的玻璃片与透明物体之间保持恒定的距离。
5. 观察干涉条纹，在每个位置记录干涉条纹的变化情况。
6. 将实验数据整理并计算得到光的折射率。
三、实验结果分析通过实验测量得到的干涉条纹数据，我们可以计算得到光的折射率。
具体计算方法如下：1. 假设光线从空气射入玻璃片，经透明物体后再进入玻璃片。
利用光的反射和折射规律，可以得到光的相位差与透明物体与玻璃片之间的光程差之间的关系式。
2. 将实验中测得的光程差代入上述关系式，可以计算得到相位差的数值。
3. 折射率的计算公式为n=λ/(2d*sinθ)，其中λ为光的波长，d为透明物体与玻璃片之间的距离，θ为光线与透明物体的夹角。
4. 代入实验测得的数据，可以计算得到光的折射率。
在实验过程中，需要注意以下几点：1. 确保实验环境稳定，避免外界光线的干扰。
2. 在调整仪器时，要小心操作，防止误伤仪器和自己。
3. 在记录实验数据时，要准确记录每个位置的干涉条纹情况。
总结：利用迈克耳孙干涉仪测量光的折射率是一种常用的物理实验方法。
迈克尔逊干涉仪原理
迈克尔逊干涉仪原理迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象来测量光波长、长度和折射率的仪器。
它由美国物理学家阿尔伯特·亨利·迈克尔逊于1881年发明。
迈克尔逊干涉仪的原理基于干涉现象，通过将光波分成两束，再将它们重新合并在一起，观察它们的干涉条纹，从而得到有关光的性质和传播的信息。
迈克尔逊干涉仪的基本原理是利用光的干涉现象来测量光的性质。
光波在空间中传播时，会遇到不同介质的折射、反射等现象，这些现象会导致光波相位的改变。
当两束光波重新相遇时，它们的相位差会引起干涉现象，形成明暗条纹。
通过观察这些条纹的变化，可以得到有关光波波长、长度和折射率等信息。
迈克尔逊干涉仪由一个光源、半透镜、分束镜、反射镜和接收屏等部件组成。
光源发出的光波经过半透镜后，被分成两束光，分别通过分束镜反射到两个反射镜上，然后再返回分束镜处重新合并。
当两束光重新相遇时，它们会产生干涉现象，形成明暗条纹在接收屏上。
通过调节反射镜的位置或改变光源的性质，可以观察到不同的干涉条纹，从而得到有关光的性质和传播的信息。
迈克尔逊干涉仪的原理在科学研究和工程应用中具有重要意义。
它可以用来测量光的波长、长度和折射率，也可以用来研究光的干涉、衍射现象，甚至可以应用于光学仪器的精密测量和校准。
迈克尔逊干涉仪的原理和应用广泛存在于物理学、光学、激光技术、天文学等领域。
总的来说，迈克尔逊干涉仪利用光波的干涉现象来测量光的性质和传播的信息。
它的原理简单而重要，在科学研究和工程应用中有着广泛的应用前景。
通过深入理解迈克尔逊干涉仪的原理和特点，我们可以更好地利用光的干涉现象，推动光学仪器的发展和应用。
大学物理实验-迈克尔逊干涉仪.
大学物理实验-迈克尔逊干涉仪.
迈克尔逊干涉仪是一种用于测量光波长和光速的仪器，由美国物理学家阿尔伯特·迈
克尔逊于1887年发明。
该仪器是基于干涉现象和光路差原理。
当两个光路中的光波相遇时，它们会产生干涉现象，最终会形成明暗相间的干涉条纹。
通过测量这些干涉条纹的间
距就可以求出光波长和光速。
迈克尔逊干涉仪由一个光源、一个分束器、两个光路和一个合波器组成。
光源产生的
光通过分束器分成两个光路，然后经过镜子反射回到合波器，在合波器中相遇并产生干涉
现象。
如果两个光路的光程完全相等，则会产生明纹，如果相差半个波长，则会产生暗纹。
迈克尔逊干涉仪可以用来测量光的速度。
首先，将干涉仪放置在一个水平平面上，然
后将它朝向东方和西方分别转动90度，如果光速是恒定不变的，则两个方向上产生的干
涉条纹间距应该相同。
如果两个方向上的干涉条纹间距不同，则说明光速在两个方向上是
不同的。
迈克尔逊干涉仪也可以用来测量物体的长度。
将一个物体放置在干涉条纹的路径中，
当物体移动时，干涉条纹的间距会发生变化。
通过测量干涉条纹的分离距离，可以计算出
物体的长度。
总之，迈克尔逊干涉仪是一种重要的物理实验仪器，可以用于测量光波长、光速、物
体长度和材料折射率等物理量。
它的原理简单、易于实现，是物理学、光学等学科中必不
可少的实验仪器之一。
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。
大学基础物理实验课件迈克尔逊干涉仪
建议在实验后增加对实验数据的分析和讨论环节，引 导学生深入思考和探讨实验现象背后的物理原理，提
高学生对物理实验的兴趣和探究精神。
THANK YOU
感谢聆听
通过观察和分析实验数据，我 学会了如何运用物理知识和数 学工具解决实际问题，提高了 自己的科学素养。
通过与同学合作完成实验，我 学会了团队协作和沟通交流， 培养了自己的团队合作精神。
对实验的改进建议
建议在实验前增加对迈克尔逊干涉仪的原理和结构的 讲解，以便学生更好地理解实验操作和注意事项。
建议在实验过程中加强对学生的指导和帮助，特别是 在调整干涉仪参数时，确保学生能够正确操作并获得
大学基础物理实验课件迈克尔 逊干涉仪
目
CONTENCT
录
• 迈克尔逊干涉仪简介 • 实验准备与操作 • 实验结果分析 • 实验结论与总结
01
迈克尔逊干涉仪简介
定义与工作原理
定义
迈克尔逊干涉仪是一种利用分束镜将一束光分为两束相干光束， 再通过反射镜反射回来，最后重新交汇产生干涉现象的实验仪器 。
通过比较实验结果与理论预期，验证 迈克尔逊干涉仪的原理和干涉现象。
误差分析
误差来源
分析实验中可能产生的误差来源，如测量误差、仪器误差、环境因素等。
误差传递
根据误差来源，评估其对实验结果的影响，并进行误差传递分析，以得出更准确的实验结论。
04
实验结论与总结
实验结论
迈克尔逊干涉仪能够产生等厚干涉和等倾干涉，验 证了光的波动性和干涉现象。
工作原理
一束光经过分束镜分为两束相干光束，分别沿着不同路径反射回 来后重新交汇，由于光程差的变化，产生干涉现象。
历史与发展
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是1881年由美国物理学家迈克尔逊和莫雷为研究“以太”漂移而设计制造的精密光学仪器。
历史上，迈克尔逊－莫雷实验结果否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础。
迈克尔逊和莫雷因在这方面的杰出成就获得了1883年诺贝尔物理学奖。
在近代物理学和近代计量科学中，迈克尔逊干涉仪具有重大的影响，得到了广泛应用，特别是20世纪60年代激光出现以后，各种应用就更为广泛。
它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。
迈克尔逊干涉仪是历史上最著名的经典干涉仪，其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。
实验内容1、调节和观察非定域干涉条纹。
在屏上看到非定域的同心圆干涉条纹，且圆心位于光场的中间。
观察中心条纹的“冒出”或“缩进”、干涉条纹的粗细和密度变化规律（即与平面镜M 1和M‘2之间距离d的关系），并解释之。
2、利用非定域干涉条纹测量He－Ne激光波长。
3、与理论值比较，计算百分误差。
4、调节和观察等倾干涉条纹。
调出严格的等倾干涉条纹，观察总结条纹粗细和密度（间距）的变化规律，并解释之。
5、调节和观察等厚干涉条纹。
调出等厚干涉条纹，观察总结条纹形状、粗细和密度（间距）的变化规律，并解释之。
6、测钠光的双线波长差。
实验的重与难点1、掌握迈氏干涉的干涉原理。
2、干涉环的调节。
实验操作过程难度比较大，实验技巧与实验原理紧密相连。
操作时必须手脑并用，仔细观察，细心调节。
仪器简介1、迈克尔逊干涉仪：实现各种干涉现象，测定光波波长。
2、He－Ne激光器：相干光源，发出波长为6328埃的单色光。
预习要求1、了解迈克尔逊干涉仪的基本原理和组成结构。
2、理解非定域干涉、等倾干涉和等厚干涉的基本原理和干涉条纹形成条件。
3、了解迈克尔逊干涉仪的调整方法和读数方法。
4、了解用迈克尔逊干涉仪测定光波波长的基本原理和方法。
大学物理下-迈克尔逊干涉仪实验报告【全文】
精选全文完整版可编辑修改大学物理实验报告3. 实验原理（请用自己的语言简明扼要地叙述，注意原理图需要画出，测试公式需要写明）(1)迈克耳孙干涉仪的结构与光路如图5.3. 1所示为迈克耳孙干涉仪的侧视图图与俯视图，导轨7固定在一只稳定的底座上，底座由三颗调平螺丝9及其锁紧螺丝10来调平。
丝杠6螺距为1mm，转动粗调手轮2，经一对齿轮带动丝杠转动，进而带动移动镜M在导轨上滑动。
移动距离可在毫米刻度尺5上读到1 mm,在窗口3中的刻度盘上读到0.01 mm。
转动微调手轮1,经1:100的蜗轮传动，可实现微动。
微动手轮上的最小刻度为0.0001 mm，可估读到0.00001 mm 。
分光板G1和补偿板G2固定在基座上，不得强扳，且不能用手接触其光学表面。
固定参考镜(定镜)13和移动镜(动镜)11后各有三颗螺丝,用于粗调两者相互垂直，不能拧得太紧或太松，以免使其变形或松动。
固定参考镜13的一侧和下部各有一颗微调螺丝 14和15,可用来微调13的左右偏转和俯视，微调螺丝也不能拧得太松或太紧。
丝杠的顶进力由丝杠顶进螺帽8来调整。
迈克尔逊干涉仪的实验原理如图5.3.2所示。
由光源S发出一束光，射到分光板G1的半透半反膜L上，L使反射光和反射的光强基本相同，所以称G1为分光板。
透过膜层L的光束(1)经G2到达参考镜M1后，被反射回来；被反射的光束(2) 到达移动镜M2后,也被反射回来。
由于(1)、(2)两束光满足光的相干条件，各自反射回来在膜层L所在表面相遇后，就发生干涉,在E处即可观察到干涉条纹。
G2是补偿板，它使光束(1)和(2)经过玻璃的次数相同，当使用白光作为光源时,G2还可以补偿G1的色散。
M1’是在G1中看到的M1的虚像。
(2) 单色点光源等倾干涉条纹的观察及波长的测量如图5.3.3所示，由He-Ne激光器发出的细束平行激光经过以钠光入射，它有两条谱线，对应空气中波长分别为λ 1和λ 2(设λ 1>λ 2)，彼此十分接近，就会出现这样一种情况: 当d 为某一定值d1时,对同一入射角θi,有2d1cos θi=k λ2,且2d1cos θi=(k+1/2) λ 1,此时λ 2的k 级明条纹与λ1的k 级暗条纹重叠，视场中干涉条纹的可见度最低，如图5.3.5所示。
普通物理学35迈克尔逊干涉仪
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
例3：如图所示，在双缝干涉实验中SS1=SS2用波长
为 的光照射双缝S1和S2，通过空气后在屏幕E上
形成干涉条纹，已知P点处为第三级条纹，则S1和S2
到P点的光程差为
，若将整个装置放于某种透
明液体中，P 点为第四级条纹，则该液体的折射率
n=
。
P
S1 S
S2
E
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
M'2 M1
光程差 2d
d
插入介质片后光程差
n M2
' 2d 2(n 1)t 光程差)t k
干涉条纹移动数目
' 2(n 1)t
介质片厚度
t k
n 1 2
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入
S1 1
（4）间隔不变，向上移动。
S2 2 C
3- 5 迈克耳孙干涉仪
S1 1 S
S2
2
C
第3章 波动光学
解：因为间隔
x d 所以间隔不变。
d
不插入劈尖时，两路光的
光程相等， 0 屏上形
成中央明纹。
当2路光插上劈尖后，2路光的光程增加，2路光与1 路光的光程差发生了改变。这时1路光要想保持与2 路光的光程相等，条纹只能向下移动。
大学物理实验-迈克尔孙干涉仪
实验介绍光的干涉现象是光波动说的基础，本实验是关于分振幅干涉的典型例子。
本仪器由迈克尔孙于1880年创制，并在接下来的时间里以此做了检验“以太”是否存在的一系列著名实验，其否定的结果成为了爱因斯坦狭义相对论的重要依据之一。
迈克尔孙干涉仪也具有很多重要的实际应用，如测量微小距离和位移，透明介质的折射率，测定光谱精细结构，检测光学表面等等，此次实验利用迈克尔孙干涉仪测量光源波长。
由于迈克尔孙干涉仪的精巧设计和广泛用途，于1907年获诺贝尔物理学奖。
通过此次实验，可以了解迈克尔孙干涉仪的结构和工作原理，加深对光的等厚、等倾干涉现象，以及对光源的相干长度和时间相干性的理解。
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M1和M2的反射相当于自面在M1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。
M1∥M2´时形成等倾干涉，此时入射角为i的各光束自M1和M2´反射后相干形成亮条纹的条件是：光程差Δ =2dcosi =kλ⑴式中k为干涉条纹的级次。
入射角i=0时有：2d=kλ⑵调节M1的轴向位置，M1和M2´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“缩进”。
根据⑵式，只要能从迈克尔孙干涉仪上读出始末二态反射镜M1移动的距离Δd并数出在这期间干涉条纹变化（冒出或缩进）的条纹数Δk，就可以计算出光波的波长：λ=2Δd/Δk⑶M1和M2´不完全平行而有一个很小的夹角时形成等厚干涉，此时式⑶近似成立。
严格地讲只有程差Δ=0时，所形成的一条直的干涉条纹才是等厚条纹，不过靠近Δ=0附近的条纹，倾角的影响可略去不计，故也可以看成等厚条纹。
实验仪器此次实验用到的仪器主要有迈克尔孙干涉仪、半导体激光器和扩束镜。
迈克尔孙干涉仪的实体如图。
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。
大学物理实验-迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪》实验报告一、引言迈克尔逊曾用迈克尔逊干涉仪做了三个闻名于世的实验：迈克尔逊-莫雷以太漂移、推断光谱精细结构、用光波长标定标准米尺。
迈克尔逊在精密仪器以及用这些仪器进行的光谱学和计量学方面的研究工作上做出了重大贡献，荣获1907年诺贝尔物理奖。
迈克尔逊干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型，它不仅可用于精密测量长度，还可以应用于测量介质的折射率，测定光谱的精细结构等。
二、实验目的（1）了解迈克尔逊干涉仪的光学结构及干涉原理，学习其调节和使用方法（2）学习一种测定光波波长的方法，加深对等倾的理解（3）用逐差法处理实验数据三、实验仪器迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜等。
四、实验原理迈克尔逊干涉仪是l883年美国物理学家迈克尔逊（A.A.Michelson）和莫雷（E.W.Morley）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。
用它可以高度准确地测定微小长度、光的波长、透明体的折射率等。
后人利用该仪器的原理，研究出了多种专用干涉仪，这些干涉仪在近代物理和近代计量技术中被广泛应用。
1.干涉仪的光学结构迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图1与2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。
大学物理实验-迈克尔逊干涉仪
在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。
由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。
这也是绝大多数学生的要求。
下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。
一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。
He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度.纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。
采用633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。
测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。
将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。
由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。
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反射镜 M1
M1 移动导轨
单 色 光 源
分光板 G1
第3章 波动光学
M1 M2
反 射 镜
M2 补偿板 G2
G1//G 2 与 M1, M2 成 450角
3- 5 迈克耳孙干涉仪
M2 的像 M'2 反射镜 M1
单 色 光 源
G1
第3章 波动光学
d
M1 M2
L
D
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
L
L/2
d
D k
2n
解：在劈尖的上面边缘的任意一
D 点处，条纹每移动一条，劈尖厚 度增加 ，则 L 处，有
2n
2
D
d 10 5
2n
D
d L
D L
2
D 2d 10
k
D
20
2n
3- 5 迈克耳孙干涉仪
知识回顾 Knowledge Review
k
当 时， k 1
说明当光程差改变 时，干涉条纹移动一条。
下面举例说明：
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
例3：用迈克尔逊干涉仪测微小的位移，若入射光波 0
长 6289 A ，当动臂反射镜移动时，干涉条纹移动
了2048条，反射镜移动的距离d=
。
解：移动反射镜时，有
光程差 2d k （明纹条件）
光程差改变，条纹移动。有
2d k 所以有： d k 6.44104 m
2
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
例4：在迈克尔逊干涉仪的两臂中，分别放入长0.200m 的玻璃管，一个抽成真空，另一个充以1 atm 的氩气。 今用汞绿线 546nm 照明，在将氩气徐徐抽出最终 也达到真空的过程中，发现有205个条纹移过视场，问 氩气在一个大气压时的折射率是多少？
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
第3章 波动光学
例5：在两叠合的玻璃片的一端塞入可被加热膨胀的 金属丝D使两玻璃片成一小角度，用波长为 589nm的 纳光照射，从图示劈尖正上方的中点处（即L/2处）， 观察到干涉条纹向左移动了10条，求金属丝直径膨 胀了多少？若在金属丝D的上方观察又可看到几条 条纹移动？
解 1 2 2(n 1)l 107 .2
n 1 107 .2 1 107 .2 546 107 cm
2l
2 10 .0cm
1.00029
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
三、在光的干涉现象中存在的动态问题
所谓的动态问题是指在光的干涉现象中，如果 形成光的干涉现象的两束相干光的光程差固定不变， 形成固定的明暗相间的干涉条纹。如果两束光的光 程差发生变化，就会看到干涉条纹的移动。
第3章 波动光学
祝您成功
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。
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。
（1）间隔变大，向下移动；
（2）间隔变小，向上移动； S （3）间隔不变，向下移动；
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。
解： 光程差的改变量与条纹移动的关系为：
2(n 1)d k
n k 1 1.00028
2d
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
3、等厚干涉（包括劈尖的旋转、平移。还有就是 出现在迈克尔孙干涉仪中）
等厚干涉中，光程差为：
n1
2nd
n1
2
在等厚干涉中，光程差的改变，就是相干的两 路光厚度的改变。并且有下述关系式：
S1 1
（4）间隔不变，向上移动。
S2 2 C
3- 5 迈克耳孙干涉仪
S1 1 S
S2
隔
x d 所以间隔不变。
d
不插入劈尖时，两路光的
光程相等， 0 屏上形
成中央明纹。
当2路光插上劈尖后，2路光的光程增加，2路光与1 路光的光程差发生了改变。这时1路光要想保持与2 路光的光程相等，条纹只能向下移动。
M'2 M1
d
d
移动反射镜
d k
2
M1
移
干涉
G1
G2
M2
动 距
离
条纹 移动 数目
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
➢ 干涉条纹的移动 当 M1 与 M2之间
距离变大时 ，圆形干涉 条纹从中心一个个长出, 并向外扩张, 干涉条纹 变密; 距离变小时，圆 形干涉条纹一个个向中 心缩进，干涉条纹变稀 。
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
M'2 M1
光程差 2d
d
插入介质片后光程差
n M2
' 2d 2(n 1)t 光程差变化
G1
G2
t
2(n 1)t k
干涉条纹移动数目
' 2(n 1)t
介质片厚度
t k
n 1 2
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入
在杨氏双缝实验、等倾干涉和等后干涉中都存 在干涉条纹的移动问题。
1、杨氏双缝
在杨氏双缝干涉实验中，我们知道两路相干光 的光程差满足下述条件时产生明纹。
k
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
当光程差改变时，干涉条纹发生移动，而且有 下述关系式：
k
当 时， k 1
说明当光程差改变 时，干涉条纹移动一条。
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
例3：如图所示，在双缝干涉实验中SS1=SS2用波长
为 的光照射双缝S1和S2，通过空气后在屏幕E上
形成干涉条纹，已知P点处为第三级条纹，则S1和S2
到P点的光程差为
，若将整个装置放于某种透
明液体中，P 点为第四级条纹，则该液体的折射率
n=
。
P
S1 S
S2
E
l 10.0cm长的玻璃管，其中一个抽成真空， 另
一个则储有压强为 1.013105 Pa 的空气 , 用以测
量空气的折射率 n 。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 。
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
M2
3- 5 迈克耳孙干涉仪
第3章 波动光学
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。