迈克尔逊干涉仪的工作原理
《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。
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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。
迈克尔逊干涉仪原理
迈克尔逊干涉仪原理
迈克尔逊干涉仪是一种利用光的干涉现象来测量光波长、折射率、长
度等物理量的仪器。
其原理基于光的干涉现象，即两束光线相遇时会产生
干涉，干涉结果取决于两束光线的相位差。
迈克尔逊干涉仪由一束光线经
过半反射镜分成两束光线，分别沿着两条光路传播，然后再次汇合在半反
射镜处。
当两束光线相遇时，它们会产生干涉，干涉结果会在屏幕上形成
明暗相间的干涉条纹。
通过调节其中一条光路的长度，可以改变两束光线
的相位差，从而改变干涉条纹的位置和形状。
利用迈克尔逊干涉仪可以测
量光的波长、折射率和长度等物理量。
例如，当光源发出单色光时，通过
调节其中一条光路的长度，可以使干涉条纹移动一个完整的周期，从而确
定光的波长。
当测量物体的折射率时，可以将物体放置在其中一条光路中，通过测量干涉条纹的移动来计算物体的折射率。
当测量长度时，可以将待
测长度放置在其中一条光路中，通过测量干涉条纹的移动来计算长度。
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
迈克尔逊干涉仪的原理与应用在大学物理实验中，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。
迈克尔逊干涉仪实验报告
迈克尔逊干涉仪实验报告
实验目的：
本实验旨在通过迈克尔逊干涉仪观察干涉条纹的形成，并利用
该装置测量光的波长。
实验原理：
迈克尔逊干涉仪利用干涉现象来测量光的波长，其基本原理是
利用分束镜将光分成两束，经过反射镜后再次汇聚，形成干涉条纹。
通过移动一个反射镜，使得其中一束光程差发生改变，从而观察到
明暗交替的干涉条纹。
根据光程差的变化可以计算出光的波长。
实验仪器：
迈克尔逊干涉仪、白光源、准直器、目镜、移动平台等。
实验步骤：
1. 调整迈克尔逊干涉仪，使得光路稳定，干涉条纹清晰。
2. 通过移动反射镜，观察干涉条纹的变化，记录不同位置的干
涉条纹图像。
3. 根据记录的数据，计算出光的波长。
实验结果：
通过实验观察和数据处理，我们成功获得了干涉条纹的图像，
并计算出了光的波长为XXX。
实验结果与理论值相符合，验证了迈
克尔逊干涉仪的测量精度。
实验结论：
本实验通过迈克尔逊干涉仪观察了干涉条纹的形成，并利用该
装置成功测量了光的波长。
实验结果准确可靠，达到了预期的目的。
存在问题和改进意见：
在实验过程中，我们发现在调整光路时需要更加耐心和细心，
以确保干涉条纹清晰稳定。
在今后的实验中，我们将更加注意仪器
的调整和操作，以提高实验的准确性和稳定性。
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、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法。
3、观察等倾干涉、等厚干涉条纹，并测量激光的波长。
二、实验原理迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法产生双光束干涉的精密光学仪器。
其原理基于光的干涉现象。
从光源 S 发出的一束光，经分光板 G1 分成两束光，反射光 1 射向平面镜 M1，透射光 2 射向平面镜 M2。
M1 和 M2 反射回来的光在分光板 G1 的半透膜处相遇，发生干涉。
若 M1 和 M2 严格垂直，则形成等倾干涉条纹。
此时，干涉条纹是一组同心圆环，圆心处条纹级次最高。
干涉条纹的光程差为：＄＼Delta ＝ 2d\cos\theta$其中，d 为 M1 和 M2 之间的距离，θ 为入射光与 M1 法线的夹角。
当 M1 和 M2 有一定夹角时，形成等厚干涉条纹。
此时，干涉条纹是平行于 M1 和 M2 交线的直条纹。
通过测量干涉条纹的变化，可以计算出光的波长。
三、实验仪器迈克尔逊干涉仪、HeNe 激光器、扩束镜、毛玻璃屏等。
四、实验步骤1、仪器调节调节迈克尔逊干涉仪的底座水平。
点亮 HeNe 激光器，使激光束大致垂直于干涉仪的入射窗口。
放置扩束镜和毛玻璃屏，在屏上观察激光光斑，调节 M1 和 M2 背后的螺丝，使光斑重合。
观察干涉条纹，若没有出现条纹，微调 M1 或 M2 的位置，直到出现清晰的干涉条纹。
2、测量激光波长转动微调鼓轮，使条纹中心“冒出”或“缩进”，记录条纹变化的条数N 和对应的微调鼓轮的读数变化Δd。
重复测量多次，计算平均值，根据公式＄＼lambda ＝＼frac{2\Delta d}｛N}＄计算激光的波长。
3、观察等倾干涉和等厚干涉条纹缓慢调节 M1 的位置，观察等倾干涉条纹的变化。
调节 M1 和 M2 之间的夹角，观察等厚干涉条纹。
五、实验数据及处理｜测量次数｜条纹变化条数 N ｜微调鼓轮读数变化Δd （mm) ｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 50 ｜ 0295 ｜｜ 2 ｜ 50 ｜ 0298 ｜｜ 3 ｜ 50 ｜ 0302 ｜平均值：＄＼Delta d ＝＼frac{0295 ＋ 0298 ＋ 0302}｛3} ＝0298$ （mm)激光波长：＄＼lambda ＝＼frac{2\Delta d}｛N} ＝＼frac{2\times0298\times10^｛－3}｝｛50} ＝ 1192\times10^｛－6}＄（m)六、误差分析1、仪器本身的精度限制，如微调鼓轮的最小刻度。
迈克尔逊干涉仪的调节与使用
迈克尔逊干涉仪的调节和使用一.实验原理迈克尔逊干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪，其光路如右图所示，它由反光镜M1，M2、分束镜P1和补偿板P2组成。
其中M1是一个固定反射镜，反射镜M2可以沿光轴前后移动，他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P1的一个面镀有半透半反膜，它能将入射光等强度的分为两束；补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。
迈克尔逊干涉仪结构如下图所示，镜M1、M2的背面各有三个螺丝，调节M1、M2镜面的倾斜度，M1的下端还附有两个互相垂直的微动拉簧螺丝，用以精确的调整M1的倾斜度。
M2镜所在的导轨拖板由精密丝杠带动，可沿着导轨前后移动。
M2镜的位置由三个读数尺所读出的数值的和来确定，主尺、粗调手轮和微调手轮。
如图所示，躲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，经其汇聚后的激光束，可以认为是一个很好的点光源S发出的球面光波。
S1’为S经M1以及G1反射后所成的像，S2’为S经G1以及M2反射后所成的像。
S2’和S1’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S2’和S1’到该点的光程差Δ=r2-r1决定，其中r2和r1分别为S2’和S1’到P点的光程。
P点的光强分布的极大和极小的条件是：Δ=kλ（k=0，1，2…）为亮条纹Δ=(2k+1)λ（k=0，1，2…）为暗条纹2.He-Ne激光波长的测定当M1’与M2平行时，将观察屏放在与S2’，S1’连线相垂直的位置上，可看到一组同心干涉圆条纹，如图所示。
设M1’与M2之间的距离为d，S2‘和S1‘之间的距离为2d，S2’和S1‘在屏上任一点P的光程差为Δ=2dcosφφ为S2’到P点的光线与M2法线的夹角。
当改变d，光程差也相应发生改变，这时在干涉条纹中心会出现“冒进”和“缩进”的现象，当d增加λ/2，相应的光程差增加λ，这样就会“冒出”一个条纹；当d减少λ/2，相应的光程差减少λ，这样就会“缩进”一个条纹；因此，根据“冒出”和“缩进”条纹的个数可以确定d的该变量，它可以用来进行长度测量，其精度是波长量级，当“冒出”或“缩进”了N个条纹，d的改变两δd为：Δd=Nλ/2二.实验内容1.调节干涉仪，观察非定域干涉（1）水平调节，调节干涉仪底角螺丝，使仪器导轨水平，然后用锁圈锁住。
迈克尔逊干涉仪 (2)
实验名称:迈克尔逊干涉仪实验目的:本实验的目的是了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构和调节方法，观察非定域和定域干涉条纹，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。
实验仪器：氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪，短焦距透镜等实验原理：1. 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;2. 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。
数据处理与结论：1.观察非定域干涉图实验中观察到的现象见下表：现象分析：由实验原理知1M和M2之间的距离每改变半个波长，其中心就“生出”或“消失”一个圆环。
两平面之间的距离增大时，其中心就吐出一个个圆环。
反之，距离件减小时中心就吞进一个个圆环，同时条纹之间的间隔（即条纹的稀疏）也发生变化。
在上表前两行中，顺时针调节小鼓轮，1M和M2之间的距离减小，因此会吞条纹。
第三行时是因为1M和M2之间的距离为零，产生了等厚的平行条纹。
迈克尔逊干涉仪实验报告
迈克尔逊干涉仪实验报告
实验目的，通过迈克尔逊干涉仪观察干涉现象，了解光的干涉原理。
实验仪器，迈克尔逊干涉仪、激光器、反射镜、分束镜、干涉滤光片等。
实验原理，迈克尔逊干涉仪利用激光器发出的单色光，经过分束镜分成两束光线，分别经过反射镜反射后再次合成，形成干涉条纹。
通过调节反射镜的位置，可以观察到干涉条纹的变化，从而了解光的干涉原理。
实验步骤：
1. 将激光器放置在迈克尔逊干涉仪的一端，使激光通过分束镜分成两束光线。
2. 调节反射镜的位置，使两束光线分别经过反射后再次合成，观察干涉条纹的形成。
3. 通过调节反射镜的位置，观察干涉条纹的变化，并记录下观察到的现象。
实验结果，通过观察，我们成功观察到了干涉条纹的形成，并且通过调节反射镜的位置，观察到了干涉条纹的变化。
实验结果与理论预期相符。
实验总结，通过本次实验，我们深入了解了光的干涉原理，并通过观察干涉条纹的变化，加深了对光的波动性质的理解。
同时，我们也掌握了迈克尔逊干涉仪的使用方法，为今后的实验打下了良好的基础。
自查报告，在实验过程中，我们严格按照实验步骤进行操作，确保实验结果的准确性。
同时，在观察和记录实验结果时，也认真对待，确保实验数据的可靠性。
在今后的实验中，我们将继续保持严谨的态度，不断提高实验操作的技能，为科学研究做出更大的贡献。
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
迈克尔逊干涉仪的光学原理
迈克尔逊干涉仪的光学原理迈克尔逊干涉仪可被认为是物理学和光学学科中最重要的仪器之一，它的发明早在十九世纪末期就已在物理学和光学领域中引起了一场革命性的变革，从而推动了现代物理和光学的发展。
从设备建模的角度来看，迈克尔逊干涉仪由四个主要组件构成，它们分别是激光源、机械系统、光学平台和探测器。
考虑到它们的结构特性和功能参数，本文的主要内容就是探讨迈克尔逊干涉仪的光学原理。
迈克尔逊干涉仪的主要光学原理是一种称为干涉定律的物理现象。
该定律可以概括为，当两束光线的波长和频率相同时，它们的光强会叠加或抵消，从而产生干涉现象。
干涉现象的特点是，当两束光线的路径差变化时，其幅值也会变化，这也就是为什么我们可以用干涉仪来测量路径差的原因所在。
在迈克尔逊干涉仪中，一束光线经过激光源发出，然后经过机械系统将其变成两束光线，这两束光线分别是直线反射光线与弯曲反射光线。
直线反射光线将直接照射到探测器上；而弯曲反射光线会先经过镜片系统，这个系统可以控制弯曲反射光线的路径，从而改变两束光线的路径差，最终照射到探测器上。
因此，当两束光线的路径差变化时，就可以采用探测器检测到两束光线的叠加或抵消现象，从而得出不同路径差对应的叠加或抵消的情况。
据此，就可以通过迈克尔逊干涉仪来计算物体表面的凹凸程度，进而可以用来测量物体表面形貌，或者是表面缺陷的大小等等。
此外，迈克尔逊干涉仪的另一个重要特性是其能够测量极小的尺寸大小，即它能够测量微小的长度变化。
而这样一种能力，是基于该仪器本身具有极高的分辨率，而如今甚至可以达到纳米级别的分辨率。
因此，迈克尔逊干涉仪拥有了非常广泛的应用范围，从工程施工、生物医学、空间技术等诸多领域，到自然科学领域，它都能发挥出它自身非凡的独特优势。
总之，迈克尔逊干涉仪在光学领域中显示出了非凡的独特性，它的发明推动了当今物理学和光学的发展，并在众多领域中发挥了重要作用。
从设备建模的角度来看，这种仪器的主要结构由激光源、机械系统、光学平台和探测器等组成，其光学原理基于干涉定律，而且它还具备了极高的分辨率，能够发挥出它本身的优势，因此受到了广大社会的欢迎。
迈克尔逊干涉仪的原理与应用【可编辑】
迈克尔逊干涉仪的原理与应用在大学物理实验中，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。
迈克尔逊干涉仪(实验报告)-迈克尔逊的实验原理
迈克尔逊干涉仪（实验报告）一、实验目的1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。
2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定He-Ne 激光波长二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。
（图一）（图二）三、实验原理①用He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板P1和P2上后就将光分成了两束分别射到M1 和M2 上，反射后通过P1 、P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。
②产生干涉条纹的条件，如图 2 所示， B 、 C 是两个相干点光源，则到A 点的光程差δ=AB-AC=BCcosi , 若在A 点出产生了亮条纹，则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数) ，因为i 和k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ =2 Δ d/ Δ k。
四、实验步骤1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。
2、调节M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。
3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在P1分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。
没有的话重复2 、3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。
4、微调M2是干涉图案处于显示屏的中间。
5、转动微量读数鼓轮，使M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。
记下当前位置的读数d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进30 次则记一次数据，共记录10 次数据即d0、d1 (9)6、关闭激光电源，整理仪器，处理数据。
五、实验数据处理数据记录：数据处理：Δd0=d5-d0=0.05202mm Δd1=d6-d1=0.05225mmΔd2=d7-d2=0.04077mm Δd3=d8-d3=0.04077mmΔd4=d9-d4=0.05071mmΔd(平均）=（Δd0+Δd1+Δd2+Δd3+Δd4）/5 =0.047304mmA类不确定度σ=5.99355*10-6mΔk=150所以λ(平均）=2Δd(平均)/Δk =630.72 nmB类不确定度：UΔB=0.5*10-7 m总不确定度：UΔd =6.01437*10-6 mUλ =2UΔd/Δk =80.1916 nm所以λ=λ(平均）+Uλ=630.72 + 80.1916 nmEλ=（632.8-630.72）/632.8 *100% =0.329%遇到失意伤心事，多想有一个懂你的人来指点迷津，因他懂你，会以我心，换你心，站在你的位置上思虑，为你排优解难。
光的干涉迈克尔逊干涉仪法布里-珀罗干涉仪
如果两束光的强度相同，即振幅都等于A1，则相 干光强应为 2 2 2 2 2 I A1 A1 2 A1 cos 4 A1 cos 2 通常情况下，它介乎最大值4A12和最小值0之间。 如果相位差连续改变，则光强变化缓慢，如图： 2
I 4 I 0 cos
2
-4 -3
2 4 n2 d 0 cos i2
n1
n2
d0
n1
3 (1 ) A0
3
4
若第一束透射光的初相位为0，则各光束的初相位依次为
0, , 2 , 3 , 4 , L
则在L2焦平面上P点处，各光束的振动方程为：
E1 ( 1 ) A0 cos(t )
1 A0
则第一次从G′透射光的振幅为
d0
(1 ) A0
则第二次从G′透射光的振幅为
(1 ) A0
依次类推，从G2透射出的光的振幅分别为以为公比的等 比数列。
(1 ) A0 , (1 ) A0 , 2 (1 ) A0 , 3 (1 ) A0
2
j 0, 1, 2,...
亮条纹 振幅最大为A0 1 暗条纹 振幅最小为 1 A0
2 2
② 暗、亮条纹强度比
1 2 1 A
1 A 1
∴ ρ 越大，上式比值越小，可见度越高；反之，可见度越低。 ③ ρ→0时，无论φ如何变化，A=const，最大值与最小值相等， 亮、暗条纹无法区分，可见度为 0；
-5π
-4π
-3π
-2π
-π
0
π
2π
3π
4π
5π
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
迈克尔逊干涉仪的原理与应用在大学物理实验中，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。
3.3.4-1迈克尔逊干涉仪装置、原理、应用
S
虚空气膜
M1 M2'(M2的虚像) G1 G2 M2
L E
f
2)若M1与M2'有微小夹角 M1平移, 则干涉条纹移 动,若M1平移d 时,干 涉条纹移过N条, 则:
等厚条纹
M1 M2'
虚空气劈尖
S G1 G2 M2
d N
演示实验
2
读数 显微镜
干涉显微镜 干涉显微镜在观察透明或接近透 明的物体时可以提高图像对比度 如：水溶液中的细胞 当光照射在细胞上时 细胞只反射其中的一小部分 所以它发出的光强与水的几乎一样，这使得细胞 和它周围的水环境几乎没有对比度
§3.3.4 迈克尔逊ห้องสมุดไป่ตู้涉仪 迈克尔逊干涉仪的构造
M1 G1
S
G2
M2
半透半反膜
1 2
E
G1: 分光板 M1:平面镜(可动) G2: 补偿板 M2:平面镜(不动)
迈克尔逊干涉仪的原理 1)若M1与M2'平行 等倾条纹 若用面光源, 须加一透镜L 在焦平面E上可见到干涉条纹 若条纹从中央冒出来 (或 缩进去)N个条纹时: M1平移的距离为
但是如果细胞的折射率与水的折射率不同，通 过细胞的光与通过水的光相比就会产生相位变 化，而干涉显微镜可以显示出这种相位差。就 像迈尔克逊干涉仪，一束光被分为两束，然后 再叠加合成。让干涉仪其中一臂的光通过样 本，当光束相遇时，干涉现象将通过易见的强 度变化展示出普通显微镜无法看到的相位差。
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3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) 3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer ) 3.4.3 法布里—珀罗干涉仪 (Fabry Perot interferometer ) 3.4.4 干涉滤光片 (Interference filter )
当 M1与 M2完全重合时，因为对于各个方向入射光 的光程差均相等，所以视场是均匀的。
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M 1 与 M 2 重合
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
如果继续移动 M1，使 M1 逐渐离开M2 ，则条纹不断 从中心冒出，并且随虚平板厚度的增大，条纹越来 越细且变密。
Bfaf032.gif
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S
L1 G1
M1
M2
A1 P W2
N
W11
A2
G2
W1
L2
P1
3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer )
在 W2上将形成平行等距的直线干涉条纹(图中画出 了两支出射光线在 W2的 P点虚相交)，条纹的走向 与W2和W1 所形成空气楔的楔棱平行。
Image
Image
No
No
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3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer ) 当有某种物理原因使 W2 发生变形，则干涉图形不 再是平行等距的直线，从而可以从干涉图样的变化 测出相应物理量。
Image No
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3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer )
G No 1
M2
定域位置
G2 M1
3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer )
在光纤传感器中，大量利用光纤马赫一绎德干涉仪 进行工作。下图是一种用于温度传感器的马赫—泽 德干涉仪结构示意图。
扩束器 分束器
激光器
显微物镜
温度
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干涉
光电计数器 记录仪 显微镜
1)激光比长仪
当光电显微镜对准待测物体的起始端时，它向记录 仪发出一个信号，使记录仪开始记录干涉条纹数。 当物体测量完时，光电显微镜对准物体的末端，发 出一个终止信号，使记录仪停止工作。
激光器
M1 可移平台
M2
待测物体
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光电计数器 记录仪 显微镜
1)激光比长仪 这样，利用
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M1 M 2
M1 M 2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 干涉条纹弯曲的原因如下：如前所述，干涉条纹 应当是等光程差线。
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 当入射光不是平行光时，对于倾角较大的光束，若 要与倾角较小的入射光束等光程差，其平板厚度应 增大。
= 2nhcos2+/2
h m
2 就可算出待测物体的长度。式中，m 是从物体起端 到末端记录仪记录的条纹数。
Δ 2nh cos2 m 2h
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2)光纤迈克尔逊干涉仪
随着光纤技术的发展，光纤传感器已经获得了广泛 的应用。在众多的光纤传感器中，有许多装置的工 作原理，实际上是由光纤构成的迈克尔逊干仪。
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M1 M 2
D
Ⅰ1
A E
C G1
G2
L
Ⅱ
M2
P
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 不过，对于单色光照明，这种补偿并非必要，因为 光束Ⅰ 经过 G1 所增加的光程，完全可以用光束Ⅱ 在空气中的行程补偿。
但对于白光光源，因为玻璃有色散，不同波长的光 有不同的折射率，通过玻璃板时所增加的光程不同， 无法用空气中的行程补偿，因而观察白光条纹时， 补偿板不可缺少。
在实际应用中，为了提高于涉条纹的亮度，通常都 利用扩展光源，此时干涉条纹是定域的，定域面可
根据 = 0 作图法求出。
Image No
S
S
S
S1
Od S2
R
(a )
P0 E
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3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer )
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M1 M 2
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
等
倾
干
涉
条
纹
M1
M1
M 2
M 2
M 1 与 M 2 重合
M1
M1
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M 2
M
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
如果调节 M2， 使 M2 与 M1 相 互倾斜一个很小 的角度，且当 M2与M1比较接 近，观察面积很 小时，所观察到 S 的干涉图样近似 是定域在楔表面 上或楔表面附近 的一组平行于楔 边的等厚条纹。
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
Gl 和 G2是两块折 射率和厚度都相 同的平行平面玻 璃板，分别称为 分光板和补偿板， G1背面有镀银或 S 镀铝的半反射面 A,G1和G2互相干 行。
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M1 M 2
D
Ⅰ1
A E
C G1
G2
L
Ⅱ
M2
P
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 白光条纹只有在楔形虚平板极薄(M1与 M2 的距离仅 为几个波长)时才能观察到，这时的条纹是带彩色的. 如果 M1和 M2 相交错，交线上的条纹对应于虚平板 的厚度 h=0。
M1 M 2
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 当 G1不镀半反射膜时，因在 G1中产生内反射的光线
如果调节M2，使得 M2 与 M1 平行，所观察到的干涉 图样就是一组等倾干涉圆环。当 M1 向 M2 移动时(虚 平板厚度减小)，圆环条纹向中心收缩，并在中心一
一消失。
Bfaf032.gif
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M1
M1
M 2
M 2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
M1每移动一个/2的距离，在中心就消失一个条纹。
当四个反射面严格平行 时，条纹定域在无穷远 处，或定域在 L2 的焦 平面上；当 M2 和 G2 同 时绕自身垂直轴转动时， 条纹虚定域于 M2 和 G2 之间。即通过调节M2和 G2，可使条纹定域在 M2和 G2 之间的任意位 置上，从而可以研究任 意点处的状态。
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Image ImNaoge
Ⅰ和产生外反射的光线Ⅱ之间有一附加光程差 / 2，
所以白色条纹是黑色的； 镀上半反射膜后，附加程差与所镀金属及厚度有关， 但通常均接近于零，所以白光条纹一般是白色的。 交线条纹的两侧是彩色条纹。
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
迈克尔逊干涉仪的 主要优点是两束光 完全分开，并可由 一个镜子的平移来 改变它们的光程差， 因此可以很方便地 S 在光路中安置测量 样品。这些优点使 其有许多重要的应 用，并且是许多干 涉仪的基础。
于是，可以根据条纹消失的数目，确定M1移动的距离。 根据(26)式，此时条纹变粗(因为 h 变小，eN变大)， 同一视场中的条纹数变少。
rNf
1 n0
n N1
h
（ 25）
eNrN ＋ 1rN2n f0 h （ N n 1） (26)
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
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3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) 迈克尔逊干涉仪是1881年迈克尔逊设计制作的，它闻 名于世是因为迈克尔逊曾用它作过三个重要的实验：
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3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) ①迈克尔逊—莫雷以太漂移实验； ②第一次系统地研究了光谱线的精细结构； ③首次将光谱线的波长与标准米进行了比较，建立 了以光波长为基准的标准长度。
M1 M 2
D
Ⅰ1
A ELeabharlann C G1G2L
Ⅱ
M2
P
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2. 迈克尔逊干涉仪应用举例 1)激光比长仪
应用迈克尔逊干涉仪和稳频He-Ne激光器可以进行长 度的精密计量。在图所的装置中，光电计数器用来记 录干涉条纹的数目, 光电显微镜给出起始和终止信号.
激光器
M1 可移平台
M2
待测物体
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2 cos2 h 2 cos2 h
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 靠近楔板边缘的点对应的入射角较大，因此，干涉 条纹越靠近边缘，越偏离到厚度更大的地方，即弯 曲方向是凸向楔棱一边。
干涉条纹
M2
M1
等厚线
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
在楔板很薄的情况下，光束入射角引起的光程差变 化不明显，干涉条纹仍可视作一些直线条纹。
对于楔形板的条纹, 与平行平板条纹一 样，M2 每移动一个
/2距离，条纹就相
应地移动一个。
M1 M 2
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
在干涉仪中，补偿板 G2 的作用是消除分光板分 出的两束光Ⅰ和Ⅱ的不 对称性。不加 G2时，光 束Ⅰ经过G1三次，而光 束Ⅱ经过一次。由于G1 S 有一定厚度，导致Ⅰ与 Ⅱ有一附加光程差。加 入G2后，光束Ⅱ也三次 经过同样的玻璃板，因 而得到了补偿。