迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪实验报告
迈克尔逊干涉仪实验报告一、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理。
2、观察等倾干涉和等厚干涉条纹，加深对干涉现象的理解。
3、学会使用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长。
二、实验原理迈克尔逊干涉仪是一种分振幅双光束干涉仪，其光路图如下图所示：此处可插入迈克尔逊干涉仪光路图光源 S 发出的光经过分光板 G1 分成两束光，一束光反射后到达反射镜 M1，另一束光透射后到达反射镜 M2。
两束光分别被 M1 和 M2反射后，再次回到分光板 G1，并在观察屏 E 处相遇发生干涉。
当 M1 和 M2 严格垂直时，观察到的是等倾干涉条纹。
此时，两束光的光程差为：＄＼Delta ＝ 2d\cos\theta$其中，d 为 M1 和 M2 之间的距离，θ 为入射光与 M1 或 M2 法线的夹角。
当光程差满足：＄＼Delta ＝ k\lambda$ （k 为整数）时，出现亮条纹；当光程差满足：＄＼Delta ＝（k ＋＼frac{1}｛2}）＼lambda$时，出现暗条纹。
当 M1 和 M2 不严格垂直时，观察到的是等厚干涉条纹。
此时，两束光的光程差主要取决于 M1 和 M2 之间的距离变化。
三、实验仪器迈克尔逊干涉仪、HeNe 激光器、扩束镜、毛玻璃屏等。
四、实验步骤1、仪器调节调节迈克尔逊干涉仪的底座水平，使干涉仪处于水平状态。
调节 M1 和 M2 背后的三个微调螺丝，使 M1 和 M2 大致垂直。
打开 HeNe 激光器，使激光束经过扩束镜后均匀地照射在分光板G1 上，并在毛玻璃屏上看到清晰的光斑。
调节 M1 或 M2 的位置，使屏上出现圆形的等倾干涉条纹。
2、观察等倾干涉条纹仔细调节 M1 或 M2 的位置，使干涉条纹清晰、对比度高。
观察条纹的形状、疏密和级次分布，记录条纹的变化情况。
3、测量光波波长沿某一方向缓慢移动 M1，观察条纹的“冒出”或“缩进”现象，并记录条纹变化的条数 N 和 M1 移动的距离Δd。
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
A M2
S
B
解：若两臂相等，则玻璃管内气体
抽空前后的光程差为
l 2 ( s d ) 2 n 2 s d 2 ( n 1 ) d N
n1Nl 2d
1205546109 20.2
1.00028
对不同特殊用途，设计制造了许多专用干涉仪 显微干涉仪：测表面光洁度 泰曼-格林干涉仪：测光学元件成象质量 干涉比长仪测长度 瑞利干涉仪：测气体、液体折射率 测星干涉仪：测星球角直径 ……
迈 克 耳 逊 干 涉 仪
§迈克耳逊(A.A.Michelson)干涉仪
M1 反射镜 2 M 2
单 色
G1 G2
M1
反 射
光
镜源Biblioteka 半透明镀银层1 补偿玻璃板
d
=N
l 2
N 干涉条纹移动数目 d M 2 移动距离
迈克耳孙干涉仪
等倾和等厚光路
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
等
倾
干
涉
条 纹
M2
M 2 M 1与M 2
M2
干涉条纹
的移动
M1
当M 2 与 M 1 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
1. 1892年，迈克尔逊利用干涉仪首先测定了镉(Cd) 的波长为643.84696nm. 因为光的波长稳定，容易再 现，特别是在干涉仪上光的波长能直接当作长度单 位。所以，用光的波长作为长度基准是方便的。在 1960年第11届国际计量会议上曾决定以氪-86橙线的 波长作为长度基准，规定
《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
实验原理
4.点光源产生的非定域干涉条纹的形成
从光学角度看，E处的干涉图样和 M 1 M 2 间空气薄膜所产生的干涉图样是同样的。 如图，点光源经M1、M2反射后，相当于 两个虚光源，它们发出的球面波在相遇空 间处处相干，等光程面是一组旋转双曲面， 干涉条纹就是旋转双曲面与观察屏相交而 得的曲线，因在光场中任何位置都可看到 条纹，故叫做非定域干涉。
M'2 M1
移动反射镜
d
d
d k
M 移 1
动 距 离
2Βιβλιοθήκη G1G2M2
干涉条 纹移动 数目
干涉条纹的移动
当 M1与 M 2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 .
M'2 M1
光程差
实验原理
3. 扩展光源产生的定域干涉条纹
当M1、M2‘平行时将产生等倾干涉。 光束（1）和光束（2）的光程差为 2d cos i i为光线的入射角，d为空气层的厚度。 当 2d cos i k 时可以看到亮条纹。空气薄层厚度d一定时，入射角越小， 及越靠近中心，圆环条纹的级数k越高。并且移动M1（即d 发 生变化）时，中心处条纹级数随之变化，可观察到条纹由中 心“冒出”或“缩入”，而每当中心处“冒出”或“缩入” 一个条纹，d就增加或减少λ/2，即M1就移动了λ/2。 Δd=Nλ，由此可根据M1移动的距离Δd及条纹级数改变的次 数Ｎ，来测出入射光的波长。
实验现象
M1
M1
M2
'
M2 '
M 2 与 M1
重合
'
M2 '
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
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
迈克尔逊干涉仪误差分析
迈克尔逊干涉仪误差分析1. 引言迈克尔逊干涉仪是一种常用于测量光程差的仪器，在各种光学实验和精密测量中广泛应用。
然而，由于各种原因，干涉仪的测量结果可能会受到误差的影响。
了解和分析这些误差对于准确测量和理解干涉现象至关重要。
2. 波长误差迈克尔逊干涉仪基于光的干涉现象，而光的波长是干涉仪测量的重要参数之一。
如果波长误差较大，将导致测量结果的不准确性。
波长误差可能来自于光源的波长不精确、干涉物镜的折射率误差等因素。
因此，在使用干涉仪进行测量之前，必须对光源和干涉物镜的波长进行精确校准。
3. 角度误差迈克尔逊干涉仪中的平台、反射镜等部件的角度误差会导致干涉现象的变化。
这些角度误差可能来自于仪器制造过程中的加工精度问题，或者在使用过程中由于机械振动等外部因素导致。
角度误差将引起光束的偏转，进而影响干涉图样的清晰度和位置。
因此，在使用干涉仪进行测量时，必须对仪器的角度进行精密校准和调整。
4. 环境误差迈克尔逊干涉仪对环境条件非常敏感。
例如，温度的变化会导致光路长度的改变，从而影响干涉现象的测量结果。
此外，空气中的振动、湿度等因素也会对干涉仪的测量结果产生影响。
为了减小环境误差的影响，需要在实验室中提供稳定的温度和湿度环境，并使用隔音装置来减小振动干扰。
5. 光学元件误差迈克尔逊干涉仪中使用的光学元件如分光镜、反射镜等都有一定的制造误差。
这些误差会导致光束的不均匀分布和偏移，从而影响干涉图样的形状和位置。
为了降低光学元件误差对测量结果的影响，需要选择质量优良的光学元件，并进行严格的质量控制。
6. 其他误差除了以上几种常见的误差来源外，还有一些其他因素可能对迈克尔逊干涉仪的测量结果产生影响。
例如，光源的强度波动、光电探测器的灵敏度误差等都可能导致测量结果的偏差。
在实际测量过程中，需要注意并排除这些潜在误差源的影响。
7. 误差分析与优化对迈克尔逊干涉仪的误差进行分析和优化是实现准确测量和高精度实验的关键。
通过定量分析不同误差源的影响，可以制定相应的措施来降低误差。
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。
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。
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。
物理实验迈克尔逊干涉仪实验
物理实验迈克尔逊干涉仪实验迈克尔逊干涉仪是一种基于干涉现象的物理实验装置，由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊于1881年发明。
通过迈克尔逊干涉仪实验，我们可以观察到光的干涉现象，并进一步了解光的波动性和光的性质。
在本文中，我们将介绍迈克尔逊干涉仪的实验原理、实验步骤和实验结果的分析。
实验原理：迈克尔逊干涉仪的实验原理基于光的干涉现象和分光反射镜的特性。
迈克尔逊干涉仪由两面相互垂直的镜子组成，其中一面是半透明的分光反射镜。
当光线照射到分光反射镜上时，一部分光线透射通过，一部分光线反射掉。
透射光线和反射光线沿不同的路径传播，最终再次相遇形成干涉现象。
实验步骤：1. 准备实验材料和仪器，包括迈克尔逊干涉仪、光源、干涉纹检测器等。
2. 将迈克尔逊干涉仪放置在水平台上，并确保镜子垂直地安装在支架上。
3. 将光源置于适当的位置，使得光线能够照射到分光反射镜上。
4. 调整分光反射镜的角度，使得反射光线和透射光线的路径长度相等。
5. 打开干涉纹检测器，观察干涉纹的出现和变化。
6. 调整迈克尔逊干涉仪的一面镜子的位置，观察干涉纹的变化，记录实验结果。
实验结果分析：通过迈克尔逊干涉仪的实验，我们可以观察到干涉纹的出现和变化。
干涉纹是由光的干涉产生的亮暗交替的条纹，用于表示光的波动性和光的相位变化。
在实验中，当两束平行光线从迈克尔逊干涉仪的分光反射镜射出后，经过两面镜子的反射和透射，再次相遇时，光线的相位差会引起干涉现象。
如果两束光线的光程差是波长的整数倍，将会有加强干涉现象的出现，形成明条纹；而如果光程差是波长的半整数倍，将会有干涉现象的减弱甚至消失，形成暗条纹。
通过观察干涉纹的出现和变化，我们可以判断出光线的相位差和波长的关系，从而进一步了解光的波动性和干涉现象。
总结：迈克尔逊干涉仪实验是一种基于光的干涉现象的物理实验。
通过观察干涉纹的出现和变化，我们可以了解光的波动性和光的性质。
在实验中，我们需要准备实验材料和仪器，并按照实验步骤进行操作。
迈克尔逊干涉仪干涉实验原理
迈克尔逊干涉仪干涉实验原理1. 干涉仪的初步认识嘿，朋友们，今天咱们聊聊一个非常酷的东西——迈克尔逊干涉仪。
这可不是个什么稀奇古怪的仪器，而是物理学中一个闪闪发光的明星，简直就像是科学界的魔术师，能把光的秘密一一揭开。
你可能会问，干涉仪到底是个啥？简单来说，它是用来研究光的波动性质的。
光，咱们每天都在用，但其实它的很多特性还是个谜，而干涉仪就像是一个侦探，能帮我们揭开这些谜团。
说到干涉，咱们就得聊聊波。
想象一下，水面上的涟漪，波浪一层层的推来，互相叠加，有的地方水面高，有的地方低。
这种现象在光中也同样存在。
光是一种波，而当两束光波碰撞时，它们可以互相“合作”或者“争斗”，产生干涉现象。
哈哈，是不是有点意思？这就像一场舞会，有些光波在一起跳得欢快，有些则在角落里默默伤心。
2. 干涉仪的工作原理2.1 分光镜的作用咱们先从干涉仪的结构说起。
迈克尔逊干涉仪主要由一个光源、一个分光镜、两面反射镜和一个接收屏组成。
想象一下，这个分光镜就像个交际花，把光波分成两部分。
一束光朝着一个方向走，另一束光则去另一个方向。
你说这两束光波分开后会发生什么？就像朋友分开后去不同的派对，最后又回到一起，会发生怎样的火花呢？2.2 反射与重合这两束光分别在各自的路线上行进，经过反射镜的反射，它们又回到了分光镜那里。
在这里，嘿嘿，光波再次相遇。
你想想，刚刚在不同派对上玩得热火朝天的它们，现在又在同一个地方碰面了。
此时，它们会根据走的路程和相位的不同，互相“干扰”。
有些地方它们会合在一起，亮亮的；有些地方则会相互抵消，变得暗淡。
这种奇妙的现象，就是干涉的结果。
3. 干涉条纹的形成3.1 观察结果当我们仔细观察接收屏时，就能看到一系列明暗交替的条纹，哇，简直像是一幅美丽的光影画卷。
这些条纹可不是随便来的，它们是光波相互作用的结果。
亮的地方表示光波加强了，而暗的地方则是光波相互抵消了。
就好比人生中的高峰和低谷，光的世界也是一波三折，真是让人感慨万千。
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。
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➢ 数条纹变化数目过程中，若因震动出现条纹抖动 难以辨认时，应暂停数条纹数，待稳定后再继续 数。
问题讨论
1、本实验是用什么方法处理数据的？此法 有何优点？
答：是用逐差法处理数据的。优点为：可 以充分利用数据，体现出多次测量的优点， 减小了测量误差。
问题讨论
i0
级次K越大。
圆心处，i 0
2d
K 2d
光程差的改变
两相干光束在空间完全分开，可用移动反射镜的方法改变两 光束的光程差.
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
等倾干涉圆环的特点
2、随距离d增大，条纹变密
K级明纹： 2d cosik K K+1级明纹： 2d cosik1 (K 1)
当光源是扩展光源时，不论是 等倾干涉还是等厚干涉，所产 生的干涉条纹都有一定位置，
这些干涉称为定域干涉。
当光源是点光源时，凡是两束光相 遇处都可看到干涉条纹，这些干涉
称为非定域干涉。
点光源产生的非定 S1 域干涉计算示意图
i
S2
d
M1
M2'
S
G1
G2
RA O
E
光程差为：
2d S A S A
1
问题讨论
4、调节非定域干涉条纹时，若观察到的条 纹又细又密是何原因？如何调节使条纹 变得又粗又稀？
5、简述本实验所用干涉仪的读数方法。 6、怎样利用干涉条纹的“涌出”和“陷入”
来测定光波的波长？
干涉条纹
M1
的移动
M2
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
干涉条纹
M1
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
干涉条纹
M1
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
实验目的
1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构和调 整方法。
2. 观察等倾和等厚干涉条纹，了解其形成 条件条纹分布特点及条纹的变化。
3. 测量He-Ne激光的波长。
实验仪器
M1镜
分束镜A
补偿板B
M2镜 观察屏
直尺
读数窗
粗动轮
微动轮
水平拉簧 垂直拉簧
迈克尔逊的读数系统
主尺
粗动手轮读数窗口
最后读数为：？32.52215mm
干涉条纹
M1
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
干涉条纹
M1
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
干涉条纹
M1
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
微动手轮
迈克耳逊干涉仪光路图
M2'
d
M1
M2
光
G1 G2
源
半透半反膜 分光板
补偿板
等倾干涉
d
S
B
M1
i
A
i
C
M’2
i
D
1
2
AB BC AD
2d 2d tan i sin i cosi
2d cosi
点光源产生的非定域干涉条纹
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。
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
重播
时，可形成劈尖
型等厚干涉条纹.
反
射
镜
G2
M2
等
倾
干
涉
条
M1
M 1 M 1与 M 2
M2
M2
纹
M2
M2 重 合
M1
M1
等
厚
干
涉 条
M1
M1
M1
纹
M2
M2
M2
M2 M1
M2 M1
下一页是干涉条纹变化过程的动画
干涉条纹
M1
的移动
M2
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
干涉条纹
M1
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
干涉条纹
M1
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
干涉条纹
M1
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
干涉条纹变密。
现象演示
实验内容
利用非定域等倾干涉条纹测单色光波长
非定域等倾干涉条纹的调节
➢调节M1、M2的位置为近似等光程（约 35mm处）
➢调节激光器使激光束垂直于 M1、M2
➢调节M1 、M2背后的螺丝，使得M1 镜中的 两组反射点的最亮点重合。从观察屏上看干 涉图样并调节干涉条纹至屏中。
➢调节仪器读数零点。
角距离： ik ik1 ik
ik很小时, cos ik 1, sin ik ik
ik
1 d
•
2 sin ik
3、干涉圆环中心疏
边缘密
当距离d增大时，相邻干 涉条纹的角距离变小，看 上去条纹变细变密，当d 减少时，则条纹变粗变疏。 故实验时d应适当小些。
M'2
反射镜 M1
单 色 光 源
G1
当 M1不垂直于M 2
表面。 ➢不要过分拧紧M1镜和M2镜后的螺丝。 ➢避免激光直接射入眼睛，否则可能会造成视网膜 永久性的伤害。 ➢ 粗调时注意边摇边看，防止主动轮卡死。
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。
➢ 为了使测量结果正确，必须避免引入空程，在调 整好零点后，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。测量时，微
迈克尔逊干涉仪
五邑大学物理实验中心
迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学 家迈克尔逊（1852-1931）和莫雷合作设计 制造出来的精密光学仪器。他们利用该仪器 进行了“以太漂移”的实验、标定米尺、推 断光谱线精细结构等三项著名实验。迈克尔 逊的主要贡献在于光谱学和度量学，获 1907年诺贝尔物理学奖。
2
L 2d 2 R2 L2 R2
M2
L
由于L>>d,将上式按级数 展开，并略去高阶无穷小 项，可得：
2dL 2d cosi
L2 R2
K
（明纹）
= 2K 1 （暗纹）
2
等倾干涉圆环的特点
第K级明纹 2d cos ik K
1、圆心处干涉条纹的级次最高
i越小，干涉圆环的直径越小，
• 光程差太大； • 两束光之间夹角过大； • 两束光交错重合。
M2
M1 M1
M2
M1
1
M
b1
b2
b2
1 a1
2 a2
a1、a2
b1 1
a 原子的波列 a1
2 a2
光程差不大，波列
a1
与
a 2
发生重叠。1、2 两光发生干涉
光程差太大，波列
a1
与
a 2
不能重叠。1、2 两光未能干涉
注意事项
➢各光学表面必须保持清洁，严禁手摸所有光学
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
M1
干涉条纹
的移动
M 12
当M1 与 M2 之
之间距离变大 时，圆形干涉 条纹向外扩张, 干涉条纹变密。
2、实验中，如何避免螺纹的空程差？
答：在测量过程中，微动手轮应沿同一方向 转动，中途不可倒转，以便消除螺纹的间 隙误差。
螺纹间隙
空程
螺纹正向旋转
螺纹反向旋转
问题讨论
3、为什么要加补偿板？ 答：补偿板的厚度和折射率与分束板完全相