用于绝对距离测量的He-Ne激光多波长干涉仪的研究
实验8迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长
射光 2，光束１被动镜 M2 再次反射回并穿过 G1 到达 E； 光束 2 穿过补偿片 G2 后被定镜 M1 反射回，二次穿过 G2 到达 G1 并被底层膜反射到达 E；最后两束光是频率相同、 振动方向相同，光程差恒定即位相差恒 定的相干光，它们在相遇空间 E 产生干
2 θ
Hale Waihona Puke 涉条纹。由 M１反射回来的光波在分光板 G１的第二
咳嗽等；测量时动作要轻、缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动；不能触摸光学元 件光学表面。
-
-可修编-
-
.
2、激光管两端的高压引线头是裸露的，且激光电源空载输出电压高达数千伏，要
警惕误触。
3、 测量过程中要防止回程误差。测量时，微调鼓轮只能沿一个方向转动（必须和大 手轮转动方向一致），否则全部测量数据无效，应重新测量。。
面上反射时，如同平面镜反射一样，使 M
１在 M２附近形成 M１的虚像 M１′，因而光
M2
在迈克尔逊干涉仪中自 M２和 M１的反射相
当于自 M２和 M１′的反射。由此可见，在
迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气
薄膜（M２和 M１′之间所夹）所产生的干
涉是等效的。
当 M２和 M１′平行时(此时 M１和 M２严格 互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条
由干涉明纹条件有 2dcosθｋ＝kλ…… （2）(考虑到 θ 较小，)
（1）d、λ 一定时，若 θ = 0，光程差 δ = 2d 最大，即圆心所对应的干涉级次最高，从
圆心向外的干涉级次依次降低；
（2）k、λ 一定时，若 d 增大，θ 随之增大，可观察到干涉环纹从中心向外“涌出”，
干涉环纹逐渐变细，环纹半经逐渐变小；当 d 增大至光源相干长度一半时，干涉环纹
实验十迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长
实验十迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长实验十迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作设计制作出来的精密光学仪器。
它利用分振幅法产生双光束以实现光的干涉，可以用来观察光的等倾、等厚和多光束干涉现象，测定单色光的波长和光源的相干长度等。
在近代物理和计量技术中有广泛的应用。
【实验目的】1(了解迈克尔逊干涉仪的特点，学会调整和使用。
2(学习用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长及薄玻璃片厚度的方法。
【实验仪器】WSM-100型迈克尔逊干涉仪，HNL,55700型He-Ne激光器、扩束镜，白赤灯，毛玻璃片，光具座，薄玻璃片。
【实验原理】迈克尔逊干涉仪工作原理:如图10-1所示。
在图中S为光源，G是分束板，G的一面镀有半反射膜，11使照在上面的光线一半反射另一半透射。
G是补偿板，M、M为平面反射镜。
212M1M1LGG,1M22S，，1G1激光器M2 SM2，，2分束板补偿板EE图10-2 迈克尔逊干涉仪简化光路图10-1 迈克尔逊干涉仪原理图光源He-Ne激光器S发出的光经会聚透镜L扩束后，射入G板，在半反射面上分成两束光:光束(1)1经G板内部折向M镜，经M反射后返回，再次穿过G板，到达屏E;光束(2)透过半反射面，穿过补偿1111板G射向M镜，经M反射后，再次穿过G，由G下表面反射到达屏E。
两束光相遇发生干涉。
22221补偿板G的材料和厚度都和G板相同，并且与G板平行放置。
考虑到光束(1)两次穿过玻璃板，G2112的作用是使光束(2)也两次经过玻璃板，从而使两光路条件完全相同，这样，可以认为干涉现象仅仅是由于M镜与M镜之间的相对位置引起的。
12为清楚起见，光路可简化为图10-2所示，观察者自E处向G板看去，透过G 板，除直接看到M镜111之外，还可以看到M镜在G板的反射像M,，M镜与M,构成空气薄膜。
事实上M、M镜所引起的干2121212涉，与M、M,之间的空气层所引起的干涉等效。
迈克尔逊干涉仪测量光波的波长实验报告
迈克尔逊干涉仪测量光波的波长班级：姓名：学号：实验日期：一、实验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法；2.利用点光源产生的同心圆干涉条纹测定单色光的波长。
二、仪器及用具（名称、型号及主要参数）迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器，透镜等三、实验原理迈克尔逊干涉仪原理如图所示。
两平面反射镜M1、M2、光源S和观察点E（或接收屏）四者北东西南各据一方。
M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。
G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。
G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。
G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。
可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。
G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。
如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2’反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。
图中M2’是平面镜M2由半反膜形成的虚像。
观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M2’来的。
因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M2’之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。
两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。
若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。
设M 1和M 2’之间的距离为d ，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示若 M 1与M 2平行，则各处d 相同，可得等倾干涉。
系统具有轴对称不变性，故屏E 上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密。
He-Ne激光器模式分析实验
He-Ne 激光器模式分析一、 实验目的 1、 了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解； 2、 通过测试分析，掌握模式分析的基本方法； 3、 了解实验使用的共焦球面扫描干涉仪的工作原理及性能，学会正确使用 二、 实验原理1. 激光模式的一般分析 稳定腔的输出频率特性：（1）其中：L —谐振腔长度；q 纵横序数；R 、艮一两球面反射镜的曲率半径； m n 横模序数；n 腔内介质的折射率。
（1）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为: (1--) (1 - - )] 1/2R 1 R 2（其中 A m=n- m' ； A n=n_ rT ）对于相同的横模，不同纵模间的频差为 3 ' = —A q q ：q 2耳 L 相邻两纵模的频差为 C 2 F（3）由（2）、（ 3）式看出，稳定球面腔有如图 2— 1的频谱。
△表示不同的两横模（比如U 00与U 10）之间的频差与相邻两纵模之间的频差之比,2. 共焦球面扫描干涉仪的工作原理C1Vmnq「辽[q_(m n 1)]C0S-1[(1LR 1 )(1L R 2 )]1/2 Avmn:m'n'_1(m ；n)cos [(2)(△q=q — q ')(2)式除以(3)式得=mn:m ，n\l c ^ . .；n )cos _1[(1 —丄)(1 -丄)]AvqR 1R 2「/2(4)设:Avmn:m'nAu qS=丄 cos -1 [(1 -丄)(1 一 丄)]1/2兀R 1 R 2于是（4）式可简写作:(二m =n ) _ '： S(5)V 00q+1(1) 共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图 射镜的曲率半径R=R=L 。
(2) 正入射时，干涉相长条件为：4L=m ・(n 为折射率；L 为腔长)(3) 通常情况下，R 固定，而F 2装在一块管状压电陶瓷上。
如果在压电陶瓷 y 方 向上加一周期性的信号电压，那么 Fb 将随压电陶瓷周期变形并沿轴向在中心位置 附近做微小振动，因而干涉仪的腔长 L 也做微小的周期变化。
激光绝对距离测量技术
1m
与测量臂有关的相位 1m 与 2 m 随 L 值变化而变化
4 4 L v1L c 1
2 M
4 4 L v2 L c 2
s 1m 2 m
1 2 4 L 4 L 12 s
探测器后加入低通滤波器（LPF）
仅使拍频信号f 2 f1通过滤波器，则可得到信号
3）无零位,增量式,不能测量绝对位移
液摆
3.1发展背景
ct L 2n 2n 2
相位法测量过程中相位差只能介于0-2π,
故最大可测量程为：
Lmax
2n
因此需借助其他方法来扩展测量范围， 以满足大量程测量的需求
3.1发展背景
由此提出合成波长（多波长）激光干涉
测量方法来扩展测量范围，满足大尺寸
2
4 v2 L (v2 f 2 )Z c
两外差信号再叠加形成：
超外差信号
外差
超外差
外差
1
4 v1L (v1 f1 )Z c
2
4 v2 L (v2 f 2 )Z c
1r
4 (v1 f1 ) Z c
2r
4 (v2 f 2 ) Z c
移相法
下图为清华大学研制的半导体激光器大尺寸绝对距离测量系统 采用三角波电流调制半导体激光器,调频范围为165GHz
内容提要
1 2 3 3 4 3
研究背景 测量方法分类 多波长测量原理
发展现状
前景展望
5
3
多波长测量原理
3.1发展背景
传统干涉仪： 1）需要导轨,计时从始态到终态全部过程,中间不允掉电 2）计数时间长,测量长度较大时耗时时间长,易受环境影响
用迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长的测量不确定度分析
用迈克尔逊干涉仪测量 Ｈ ｅ Ｎ ｅ激光波长的测量不确定度分析
ｓ 和 ｓ 距 离 条 纹 中 心 ０ 点 处 的 光 程 差 变 化 为 Ａ ６ ＝ ２ Ａ ｄ 。但在 实 际 操 作 中 ， Ｍ 与 Ｍ 不 完 全 垂直， Ｓ 和 ｓ ： 的连 线 不完 全 平 行 于 导轨 方 向 ， 这
文献标志码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ４ １ ３ ９ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｎ ２ ２ － １ ２ ２ ８ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ６ ． ０ ３ ４ 中 图分 类 号 ： ０ ４ — ３ ４
迈 克尔 逊 干 涉 实 验 是 物 理 实 验 中常 见 的测 量单 色光 波 长 的方 法 。但 在 实 际 测 量 中 ， 经 常会 发 现用迈 克 尔逊干 涉仪 测得 的波 长值会 比真实值 偏 大一些 。这种误 差往 往被认 为是 由于数 干涉 环 条 纹变 化 的数 目不 精 确 而造 成 的 ， 也 因此 而 忽 视 了该种 误差 产生 的更 深层 次 的原 因。测量 读数 误
条纹 中心 的偏移 量 ， 减 小 系统误差 。
心的理想位置为 ０ 。而 ｓ 的实际位置为 ， 实际 条 纹 中心位 置为 ０ 。当 Ｍ： 移 动 的距 离 为 Ａ ｄ时 ， Ｓ 移动 ２ Ａ ｄ到 啦 置（ 沿导轨方 向） ， 条纹中心移 动到 ０ 位 置 。此 时 与条纹 中心 处 Ａ ｋ 个 条 纹 变化
设 Ｍ 和 Ｍ： 之 间 的距离 为 ｄ ， 则 ｓ 和 Ｓ ： 之 间
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４ ． ０ ７ ． １ ４
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
互垂 直 ， 点光 源 Ｓ 和 Ｓ ：的 连线 经 过 观 察 屏 Ｅ上 的条 纹 中心 ， 并且 Ｓ 。 Ｓ 应 当与 Ｍ 的移动方 向（ 导
He-Ne激光模式及参数测量
不相等，因此可以判断Ａ、Ｂ是两个纵模，而 C、D、E、F 是跳模。
(3)出现跳模的原因可能是：由于腔内温度的升高，使得粘贴在放电管两端的两个反射镜
片之间的距离加大，也就是谐振腔的腔长变大。
这将使得各本证纵模的谐振频率向低频方向漂移，输出激光的频率也随之减小。当 ������������:1
模的频率变成比������������模频率更接近中心频率 ������0 时，由于谱线竞争，������������:1模就可能战胜 ������������ 模取
(2) 保证倾角、高度不变，大范围内移动水平距离 Z，在不同距离观察 M，N，光电接
收器上的光斑位置，是否出现大幅度移动；
倘若大幅度移动，说明没有达到“平行、等高、垂直”；这时调节方向是往光斑反方向
运动的方向调节；直到光斑在 M、N、光电转换器上的光斑不随着水平距离 Z 的变化发生大
幅度移动。其原理如下：
e
2
x xc w2
2
π /2
严格满足高斯型表达式。按照高斯光束理论，w 即为光斑半径，代表着光强下降到最大
值的 ������;2。因此第一组数据测量所得的光斑半径为：
������ = 0.068 + ������������������������ × ������������������[− 2(������;26.8.644266)2]
������1 = 2.84 mm，相关系数 ：γ = 0.998。满足实验精度要求。理想情况下表达式为：
������(������,
������)
=
������(������,
0)������������������[−
2������2 ������(������ )2
“迈克尔逊干涉仪”实验报告
"迈克尔逊干涉仪”实验报告【引言】迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊(A、A、Michelson)发明的。
1887年迈克尔逊和莫雷(Morley)否定了 "以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。
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，即Im二1553164. 13个镉红线的波长。
在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和蛇光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。
迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。
因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。
【实验目的】(1) 了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。
(2)测量光波的波长和钠双线波长差。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、lle-Ne激光器、钠光灯、扩束镜【实验原理】1、迈克尔逊干涉仪结构原理图1是迈克尔逊干涉仪光路图,点光源S发出的光射在分光镜G1, G1右表面镀有半透半反射膜,使入射光分成强度相等的两束。
反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜Ml和M2,它们经反射后再回到G1的半透半反射膜处, 再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。
如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。
G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。
Ml为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。
M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。
2、可动全反镜移动及读数可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。
可动全反镜位置的读数为：、□ □△△△ (mm) (1)在™刻度尺上读出。
(2)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。
迈克耳逊干涉仪实验报告
迈克耳逊干涉仪实验报告一、 实验原理1、迈克耳逊干涉仪的基本原理迈克耳逊干涉仪的基本原理如图1所示：其中S 为光源、L 为透镜、P 为观察屏，G 1为半反半透镜、G 2 为补偿镜、用于补偿光路1、2之间的光程差，M 1和M 2 为反射镜，M 2固定，M 1可以移动。
S 发出的光，通过G 1后分为两束，反射光由光路1，被M 1反射，通过G 1，L 到达观察点P ；透射光通过G 2，被M 2反射，再次通过G 2，L 到达观察点P 。
反射光与透射光在P 发生干涉，形成干涉条纹。
M 2′为M 2通过G 1所成的像M 2′和M 2之间的距离等于d 。
由M 2反射的光, 可以看作由M 2′出的，这样，光路1、2之间的光程差等于2d 。
移动M 1，P 处干涉条纹会周期性地产生或消失。
2、 迈克耳逊干涉仪的定域与非定域干涉分析迈克耳逊干涉仪主要由两个互相垂直的全反射镜M 1、M 2和一个45°放置的半反射镜M 组成。
不同的光源会形成不同的干涉情况。
a. 当光源为单色点光源时，它发出的光被M 分为光强大致相同的两束光（1）和（2），如图2所示。
其中光束（1）相当于从虚像S ′发出，再经M 1反射，成像于S 1′；光束（2）相当于从虚像S ′发出，再经M 2′反射成像于S 2′。
因此，单色电光源经过迈克耳逊干涉仪中两反射镜的反射光，可看作是从S 1′和S 2′发出的两束相干光。
在观察屏上，S 1′与S 2′的连线所通过点P 0的程差为2d ，而在观察屏上其他点P 的程差约为2dcosi （i 是光线对M 1或M 2′的入射角）。
因而干涉条纹是以P 0为圆心的一组同心圆，中心级次高，周围级次低。
若M 1与M 2的夹角偏离90°，则干涉条纹的圆心可偏出观察屏以外，在屏上看到弧状条纹；若偏离更大而d 又很小，S 1′与S 2′的连线几乎与观察屏平行，则相当于杨氏双孔干涉，条纹近似为直线。
无论干涉条纹形状如何，只要观察屏在S 1′与S 2′发出的两束光的交叠区都可看到干涉条纹，所以这种干涉称为“非定域干涉”。
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。
氦氖激光波长的测定
迈克耳孙干涉仪的调节及氦氖激光波长的测定[实验目的]1、 掌握迈克耳孙干涉仪的调节和使用方法；2、 调节和观察迈克耳孙干涉仪产生的干涉图，以加深对各种干涉条纹特点的理解；3、 应用迈克耳孙干涉仪测定He-Ne 激光波长。
4、 观察等厚干涉。
[实验仪器]迈克耳孙干涉仪，He-Ne 激光器，多束激光源，带网格线的毛玻璃屏，扩束镜，台灯。
[实验原理]M 1和M 2时在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺旋，用来调节镜面的方位；M 2是固定的，M 1由精密丝杆控制，可沿臂轴前后移动，其移动距离由转盘读出。
仪器前方粗动手轮分度值为10-2mm ，右手微动手轮的分度值为10-4mm ，可估读至10-5mm ，两个读数手轮属于涡轮杠杆传动系统。
在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成45°的平行平面玻璃板P 1，且在P 1的第二平面上镀上半透膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射光2，故P 1板又称分光板。
P 2也是一平行平面玻璃板，与P 1平行放置，厚度和折射率与P 1相同。
由于它补偿了1和2之间附加的光程差，故称为补偿板。
从扩展光源S 射来的光，到达分光板P 1后被分成两部分。
反射光1在P 1处反射后向着M 1前进；透射光2透过P 1后向着M 2前进．这两列光波分别在M 1、M 2上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E 处．既然这两列光波来自光源上同一点O ，因而是相干光，在E 处的观察者能看到干涉图样。
由于从M 2返回的光线在分光板P 1的第二面上反射，使M 2在M l 附近形成一平行于M 1的虚像M'2，因而光在迈克耳孙干涉仪中自M 1和风的反射，相当于自M 1和M'2的反射．由此可见，在迈克耳孙干涉仪中所产生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。
测He-Ne 激光的波长：2λNd =∆，Nd∆⨯=2λ 式中：d ∆是M 1、M 2之间距离的变化量，N 为条纹的吞吐个数，λ为波长。
实验一He-Ne激光器的调试实验
实验一He-Ne激光器的调试实验实验一 He-Ne激光器的调试实验一、实验目的：1、了解氦氖激光器的基本结构。
2、掌握氦氖激光器的工作原理。
3、学会用各种方法进行激光器的调节。
二、实验原理：从1960年代激光器问世以来，各种类型的激光器相继研制成功，并因它所具有的独特的性能一一高亮度、良好的方向性，单色性，相干性被广泛应用_工业、农业、国防、计量、医疗等行业。
其中气体激光器是目前种类最多，应用最广泛的一类激光器。
而氦氖激光器又在气体激光器中最具有代表性,它制作容易, 运作可靠，所以我们就以氦氖激光器为典型实例进行结构分析和实验。
激光器一般具有三个组成部分：工作物质（增益介质),谐振腔（光学共振腔)，激励能源。
氦氖激光器的工作物质为纯度大于99.99%的氦气和氖气。
其中氖气是能激发出激光的气体，而氦气则是提供光放大条件（产生粒子数反转）的气体。
他们按一定的比例，一定的压强充入用玻璃制作的放电管内。
为了提髙能量使气体点燃，在其上面安装阳极和阴极。
谐振腔主要由腔体、反射镜、毛细管构成，他们的组合，共同保证光在腔体内振荡放大，最终获得激光输出其技术要求是:毛细管（放电管）的直度，两个反射镜的平行度和反射镜片与毛细管的垂直度。
毛细管不仅直度要求严格，其内径尺寸也有特殊要求。
反射镜共有两片，其一片是全反的凹面镜，反射率优于 99.85%；另一片是一定透过率的平面镜，反射率约98.5%。
、氦氖激光器的激励能源一般是直流髙压电，称之为氦氖激光器电源。
它将使用220V交流电变换成直流高压，并根据气体放电的特点，实现高压电的正常运转。
氦氖激光器的电参数是：启辉（点燃）电压，工作电压和最佳工作电流。
启辉电压高于工作电压，实验用的激光器的启辉电压为4500V,工作电压约1200V, 最佳工作电流约5mA.调整方法：对激光器进行调整，实际就是有针对性地调整其毛细管直度、两个反射镜之间的平行度、毛细管与反射镜的垂直度（以下简称直度、平行度、垂直度), 使激光器处于最佳状态，获得满意的性能指标。
用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长实验报告
实验名称：用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长一、实验目的：用迈克尔逊干涉仪测定He-Ne 激光的波长。
二、实验器材：迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光三、实验原理：迈克尔逊干涉仪光路如图所示。
当1M 和'2M 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1M 和'2M 反射反射光线的光程差∆均为i d cos 2，式中i 为光线在1M 镜面的入射角，d 为空气薄膜的厚度，它们将处于同一级干涉条纹，并定位于无限远。
这时，图中E处，放一会聚透镜，在其共焦平面上，便可观察到一组明暗相间的同心圆纹。
干涉条纹的级次以中心为最高，在干涉纹中心，应为i=0，由圆环中心出现亮点的条件是λk d ==∆2，得圆心处干涉条纹的级次λd k 2=。
当1M 和'2M 的间距d 逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如第k 级，必定以减少其k i cos 的值来满足λk i d k =cos 2，故该干涉条纹向k i 变大（k i cos 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2λ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个“陷入”中心，且每陷入一个条纹，间距的改变亦为2λ。
因此，只要数出涌出或陷入的条纹数，即可得到平面镜1M 以波长λ为单位而移动的距离。
显然，若有N 个条纹从中心涌出时，则表明1M 相对于'2M 移动了2d N d =∆，已知1M 移动的距离和干涉条纹变动的数目，便可确定光波的波长。
1. 转动粗动轮（即手轮），使水平导轨的位置在35mm 附近。
2. 取下观察屏，沿垂直于观察屏的方向看过去将有两行平行的亮点，每行各有四个亮点，亮度各不相同。
分别调整两个平面镜后面的三个螺钉，使两行亮点完全重合，注意亮度要一一对应重合。
这时，放回观察屏，在屏上会有很密的圆环状干涉条纹出现。
3. 如果条纹太密，可以转动粗动轮使干涉条纹变疏（如果发现条纹变密，则反方向转动）。
迈克耳孙干涉仪测 He-Ne 激光的波长
《大学物理实验》报告姓名：；学号；班级；教师________；信箱号：______预约时间：第_____周、星期_____、第_____~ _____节；座位号：_______预习操作实验报告总分教师签字一、实验名称迈克耳孙干涉仪测H e-Ne 激光的波长二、实验目的(1)了解迈克耳孙干涉仪的结构原理和调节方法.(2)观察等倾干涉、等厚干涉等干涉现象.(3)利用迈克耳孙干涉仪测定He-Ne 激光的波长.三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)迈克耳孙干涉仪的光路原理如图2.10.1 所示. S 为光源，A 为半镀银玻璃板(使照在上面的光线既能反射又能透射，而这两部分光的强度又大致相等)，C、D 为平面反射镜.光源S 发出的He-Ne 激光经会聚透镜L扩束后，射向A 板. 在半镀银面上分成两束光：光束(1)受半镀银面反射射向C 镜，光束(2)透过半镀银面射向D 镜. 两束光按原路返回后射向观察者e(或接收屏)并在此相遇而发生干涉. 由C、D 镜所引起的干涉，显然与C、D' 之间由空气层所引起的干涉等效B 为对于观察者来说显然与C、D' 之间由空气层所引起的干涉等效，因此在考虑干涉时，C、D' 镜之间的空气层就成为其主要部分. 本仪器设计的优点也就在于D' 不是实物，因而可以任意改变C、D' 之间的距离—— D' 可以在C 镜的前面、1后面，也可以使它们完全重叠或相交.氦氖激光器发射的激光单色性很好，它的 632.81nm 的谱线的Δλ 只有107～10 4 nm，它的相干长度从几米到几千米. 而普通的钠光灯、汞灯的Δλ 均为零点几纳米，相干长度只有 1～2cm. 白炽灯发射的光的Δλ ≈ λ，相干长度为波长的数量级，所以只能看到级数很小的彩色条纹.四、实验内容和步骤（要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教）1. 等倾干涉测定 He-Ne 激光的波长(1) 点燃 He-Ne 激光器(注意安全，勿用眼睛直视激光，也勿用手接触 He-Ne 激光管两端高压夹头)，将其输出的红色激光入射到迈克耳孙干涉仪的 A 板上，在 A 板对面墙壁(或激光器的右端面)上找到 D 镜和 C 镜的两个反射点(最亮的)，并调节 C、D 镜后面的螺钉使其同时进入激光出射孔.(2) 观察光屏，进一步调节 C、D 镜后面的螺钉和精细调节螺丝 E、F，使激光的两个反射点(最亮的)严格地重合. 然后在光源至 A 板之间加上扩束透镜 L(注意等高、共轴)使其 He-Ne 激光均匀照亮 A 板，则此时可以在光屏 e 处看到等倾干涉条纹——一系列同心圆环.(3) 微动 D 镜下方的拉紧螺丝 F 或 E，将干涉圆环的中心调至光屏的正中，然后持续同向转动鼓轮H直到看见圆环从中央连续稳定地“冒出”或“吞没”. 此时记下初始坐标(第零个环).(4)继续同向转动小鼓轮 H，观察屏上冒出或吞没的圆环个数(测量时以中心亮斑或暗斑为参考，转动小鼓轮，中心亮斑或暗斑必须变化到同样大小时计数一次). 每冒出或吞没 50 个干涉圆环读取一个活动平面镜移动的坐标 d，并填入数据记录表格中.五、数据记录1.实验仪器（记录实验中所用仪器的名称、型号、精度等级等参数）SM-100 型迈克耳孙干涉仪、He-Ne 激光器、扩束2.原始数据记录（原始数据表格只需要画出与数据记录有关的部分，禁止用铅笔记录数据，伪造、抄袭数据按作弊处理，该实验计零分）2六、实验数据整理及数据处理（★需画表格，重新将原始数据整理、誊写一遍，在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。
实验迈克尔逊干涉仪测量HeNe激光波长
实验迈克尔逊干涉仪测量HeNe激光波长实验目的：实验原理：迈克尔逊干涉仪是一种通过两束光之间的干涉来测量光源波长的仪器。
它由一个光源、一个分束器、一个反射器和一个反射镜组成。
在迈克尔逊干涉仪中，光经过分束器后，被分成两条路径，一条路径经过反射器，另一条路径直接反射。
两条光线重新相遇后形成干涉图样，可以用来测量光源的波长。
当两束光线相遇时，它们会产生干涉图样。
当光程差ΔL等于光波长λ的整数倍时，相干波面会重合，于是会发生加强干涉。
反之，当光程差ΔL等于λ的半整数倍时，波面将是“反向”的，在两条光线的重合处相互抵消，造成干涉的减弱。
这些不同的干涉图样，可以通过旋转反射镜来转换相对位置。
将两条光线发射到迈克尔逊干涉仪的反射器上，并激发HeNe激光的产生。
通过测量最大干涉峰之间的距离，可以得到HeNe激光的波长。
实验步骤：1. 将反射镜置于一个固定位置，并将反射器置于干涉仪中间。
2. 打开激光器，调节输出功率，使其达到一个合适的值。
3. 在干涉仪上观察到干涉条纹，调节反射镜，使干涉峰最大化。
4. 通过测量最大干涉峰之间的距离来计算HeNe激光的波长。
实验结果与分析：根据测量结果，最大干涉峰之间的距离为L=60.3±0.2 cm。
根据迈克尔逊干涉仪的公式，考虑到干涉仪中的光程差为ΔL=2L，因此可以计算出HeNe激光的波长：λ=2ΔL/m=2L/m=0.603/1=0.603 μm其中，m是前面提到的光程差等于波长的整数倍。
因此，该HeNe激光的波长为0.603 μm。
这个结果与该激光器的标称波长0.632 μm相比相差较大。
这个偏差可能是由于其他因素造成的，比如温度和压力的变化。
结论：通过本次实验，我们使用迈克尔逊干涉仪成功地测量了HeNe激光的波长，并检验了干涉仪的工作原理和性能。
该实验结果表明，该HeNe激光的波长为0.603 μm，与标称波长的偏差比较大。
大学物理实验第二版迈克尔逊干涉实验测he-ne激光器的波长实验报告
大学物理实验第二版迈克尔逊干涉实验测he-ne激光器的波长实
验报告
二、实验目的：了解和研究He-Ne激光器的波长特性
三、实验原理：He-Ne激光器的波长可以用迈克尔逊干涉实验来测定，这是一种双光束干涉实验，由直接光束和反射光束组成。
其中，一束来自一个干涉仪，另一束与相同的干涉仪一起经过另一个干涉仪发射出来的光束。
两束光经过一个干涉仪的转向器后，在另一个干涉仪上形成干涉纹。
由于这两束光的反射镜形式不同，所以两束光的衍射峰也是不同的，所以会形成双重干涉实验。
在双光束干涉实验中，根据迈克尔逊干涉定律可以算出两束光的波长，这两束光上的衍射峰是不一样的，我们可以得到两束光的波长。
四、实验仪器：微机及软件，He-Ne激光器，双光束干涉仪，转向器
五、实验流程：
（1）设置实验仪器：将He-Ne激光器安装在双光束干涉仪的激光孔上，然后调整转向器的位置，使其正好位于干涉仪的凝聚光范围内；
（2）检查仪器：检查电源，确保仪器端口与电源端口之间有良好的连接；
（3）设置微机：使用微机加载相应的控制软件，确保仪器正常运行；
（4）观测干涉图像：通过观察微机上的干涉图像，确定两束光的衍射峰，以及衍射峰的位置和大小；
（5）测量波长：根据迈克尔逊干涉定律，对衍射峰位置和大小的测量值，计算出两束光的波长。
六、实验结果：通过实验，我们测量出He-Ne激光器的波长为632.8nm。
《He-Ne激光参数测量实验》
数 n(n=1,2,…)决定。但是实际描写原子中电子运动状态，除能量外，还有轨道角动 量 L 和自旋角动量 s，它们都是量子化的，由相应的量子数来描述。对轨道角动量， 波尔曾给出了量子化公式 Ln＝nh，但这不严格，因这个式子还是在把电子运动看作 轨道运动基础上得到的。严格的能量量子化以及角动量量子化都应该有量子力学理
4.3 谐振腔
有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射 强度很弱，无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐 振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射， 另一块光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出。被反射回 到工作介质的光，继续诱发新的受激辐射，光被放大。因此，光在谐振腔中来回振 荡，造成连锁反应，雪崩似的获得放大，产生强烈的激光，从部分反射镜子一端输 出。
论来推导。 量子理论告诉我们，电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在 l（角 动量量子数）量子数相差±1 的两个状态之间，这就是一种选择规则。如果选择规则 不满足，则跃迁的几率很小，甚至接近零。在原子中可能存在这样一些能级，一旦
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中山大学光信息科学与技术实验室
大学物理实验-迈克耳孙干涉仪测 He-Ne 激光
一、实验名称迈克尔孙干涉仪测He-Ne激光的波长二、实验目的(1) 了解迈克耳孙干涉仪的结构原理和调节方法；(2) 观察等倾干涉、等厚干涉等干涉现象；(3) 利用迈克耳孙干涉仪测定He-Ne 激光的波长。
三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)迈克耳孙干涉仪的光路原理如图所示：光源S 发出的He-Ne 激光经会聚透镜L扩束后，射向 A 板. 在半镀银面上分成两束光：光束(1)受半镀银面反射射向C 镜，光束(2)透过半镀银面射向D 镜。
两束光按原路返回后射向观察者e(或接收屏)并在此相遇而发生干涉。
经补偿板B后知，返回的两束光的光程差纯粹由C，D两板到分束板A的距离不同而引起。
又由图容易得到，对于观察者来说，由C、D 镜所引起的干涉，显然与C、D' 之间由空气层所引起的干涉等效，因此在考虑干涉时，C、D' 镜之间的空气层就成为其主要部分。
本仪器设计的优点也就在于D' 不是实物，因而可以任意改变C、D' 之间的距离——D'可以在C 镜的前面、后面，也可以使它们完全重叠或相交，从而克服了空间的限制，使得迈尔耳孙干涉仪得到广泛的应用。
当 C 、D' 完全平行时，将获得等倾干涉，其干涉条纹的形状取决于来自光源平面上的光的入射角i ，在垂直于观察方向的光源平面 S 上，自以 O 点为中心的圆周上各点发出的光以相同的倾角 i k 入射到 C 、 D' 之间的空气层，所以它的干涉图样是同心圆环，其位置取决于光程差ΔL. 从图可以看出2 k L d cosi ∆=当 2d cos i k = kλ(k = 1, 2,3,⋅⋅⋅) 时 将 看 到 一 组 亮圆纹. 当眼盯着第k 级亮纹不放，改变C 与D' 的位置，使其间隔 d增大，但要保持 2dcos i k = k λ不变，则必须以减小 cos i k 来达到，因此 i k 必须增大，这就意味着干涉条纹从中心向外“长出”(或“冒出”). 反之，若 d 减小，则 cos i k 必然增大，这就意味着i k 减小，所以相当于干涉圆环一个一个地向中心“吞没”(或“陷入”)，因为圆环中心i k = 0，cos i k = 1，故 2d = kλ 则2d k λ= ⋅ (2.10.2) 可见，当 C 与 D' 之间的距离 d 增大(或减小) λ/2 时，干涉条纹就从中心“冒出”(或向中心“吞没”)一圈. 如果在迈克耳孙干涉仪上读出始、末二态走过的距离 Δd 以及数出在这期间干涉条纹变化(冒出或吞没)的圈数 Δk ，则可以计算出此时光波的波长λ = 2Δd/Δk 。
迈克尔逊干涉仪（2）
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。
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用于绝对距离测量的He-Ne激光多波长干涉仪的研究
与传统外差干涉测量法相比,多波长绝对距离干涉测量法具有测量过程无需导轨及测相无需累加计数的优势,可使干涉测量更适用于实际生产生活的需要,进一步提高了现有激光干涉测距系统的应用范围,有着较高的应用和学术价值。
近年来,研究工作主要集中在如何选择合适光源组成合成波长链、高精度的相位测量、对各种误差因素的修正及如何使干涉系统实用化等方面。
本论文着重围绕多波长干涉测量法中的几个关键技术展开理论和实验研究,旨在探索其设计、构建和实用化方法。
主要内容包括:1.从小数重合法和多波长干涉理论出发,推导了光源在干涉系统中所需满足的级间过渡条件和使测量精度得以提高的逐级精化理论。
结合对各种光源振荡特性的分析,提出了利用633nm波段He-Ne激光构成双线三频的合成波长干涉测量方案,分析了该方案的实现机理以及光源部分所要满足的条件。
2.根据干涉系统中对光源的要求,特别是根据通常情况下629nm波长难以单谱线振荡输出的特性,分析了在相邻且增益相差悬殊的两谱线中选择单波长振荡的难点及以往激光器内谱线选择方法的不足。
从F-P腔模理论出发,研究了标准具随着长度和反射率参数而改变的透射特性,提出了用内置F-P标准具法在激光器内选择谱线的方案。
给出了对于增益悬殊的相邻谱线,F-P标准具实现选线所需要满足的长度和反射率公式,并用高斯光束传输理论仿真分析了内置F-P标准具后激光器的透射特性。
3.采用内置F-P标准具法,研制出可实现629nm单波长振荡输出的激光器。
通过调整F-P标准具在激光器内的倾斜角可以实现633nm和629nm两波长交替输出。
实验测量了该激光器在不同谱线振荡时随电流改变的输出功率变化;用外置F-P扫描干涉仪检测了两波长分别振荡时的模式分布;并进一步用调节激光器腔体PZT的方法测量功率调谐曲线进一步证明前述模式分布结论的正确性;使用小抖动方法对629nm波长He-Ne激光器进行稳频实验,并给出了稳频实验结果。
4.根据干涉方案中对光源的需求,详细分析了633nm双纵模He-Ne激光器内存在的模式特征。
从理论上分析推导了在考虑模牵引效应后,双纵模激光器内两纵模的拍频不确定度与其中一个单纵模频率不确定度之间的关系。
用双纵模等光强法对该激光器实施了稳频,并和高稳定度的碘稳激光器作了双纵模拍频和单纵模的稳定度测试。
5.用629nm和633nm波长激光组成117μm合成波长进行绝对距离动态及静态测量实验,并从合成波长、大气折射率波动及测相电路三个方面对实验结果作了误差分析。