浅谈迈克尔逊干涉仪的理论基础及应用

迈克尔逊干涉仪及其应用的研究

摘要：在当今对光学日益加深的研究当中，迈克尔逊干涉仪及其变体在对光线和各种材料的检测和开发起着不容忽视的作用。迈克尔逊干涉仪是最重要的一种干涉仪。这一方面是由于它在物理学的发展中作出了重要贡献，因而闻名于世，另一方面则是它的应用广泛（在其基础上已发展出许多常用的干涉仪）。而对我们来说，我们需要使迈克尔逊干涉仪更进一步的应用到实际生活中，更广泛切实的服务于我们的生活。

本文主要是对其基础理论的系统解说，拓展及其应用的一些浅显研究，还对其在谱线的精细结构的初步认识。

关键词：反射镜,干涉条纹,半反透膜,干涉图样；

目录

1 绪论.................................................................................................................... 错误！未定义书签。

2 迈克尔逊干涉仪 (2)

1仪器的结构与特点 (2)

2干涉条纹的分析 (3)

3 利用迈克尔逊干涉仪测量波长 ............................................................... 错误！未定义书签。1单色光波长的测定.................................. 错误！未定义书签。4迈克尔逊干涉仪的应用. (6)

1 精密测量长度或光波波长 (6)

2 迈克尔逊-莫雷实验 (6)

结束语 (8)

致谢 (8)

参考文献

1绪论

迈克尔逊干涉仪由于它的简便实用，在现在已经广泛应用到了各个实验室了，迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊根据光学中的光线干涉原理精心制作的一种精密干涉仪。这种干涉仪的点是有两个:1,分振幅;2双光束。由于这种干涉仪的设计比较精细，理论简单.所以后来人根据克尔逊干涉仪的原理进行一系列的改进,派生出许许多多的其他干涉仪.迈克尔逊和他的助手曾经应用这种简便的光学干涉仪进行

了三个著名的实验：

1，迈克尔逊和莫雷的实验证明了以太不存在,更为爱因斯坦以后的相对论提供了实验依据；

2，迈克尔逊通过实验发现了镉红线,并根据实验中的现象和自己得出的结论使长度单位实现了标准化；

3，根据干涉条纹可见度随着光的波程长短变化的基本规律，推断出了光谱线的精细结构。

这种干涉仪在生活中用途广泛：观察物理实验以及各种材料的干涉现象，研究许多外部因素（如温度，压强，电磁场等）对光线在各种介质中传播的影响，测量射线的波长，测量各种材料的折射率等，其意义显而易见，因而他设计并且创造的这种精密的干涉仪是对近代光学和材料物理学是一项伟大的贡献，更加方便人们了对新物质的发现和在生活中对一些细微数据的检测。

本文就是着中对迈克尔逊干涉仪的基本结构，基本理论，还有实验过程以及在物理学中的一些实验应用的探究和讨论。

迈克尔逊干涉仪

1. 仪器的结构和特点

这种干涉仪的基本组件如图（一）所示。它主要由四个光学元件（两块平玻璃板1G ,2G 和两块平面反射镜 1M ,2M ）和一个精密的移动机构组成。他们均固

定于一个稳定的底座上。其中1G 和2G 是两块厚度相同，材料一样的平行平面玻璃

板，两者相互平行。在1G 的一个面上镀有反射膜M ，反射率约等于百分之五十。

1M 和2M 则为全反射镜，且两者大致成直角，并与1G 成45度角。

从光源S 发出的某一条光线 ，经1G 的半反射膜M 后被分成强度相近的两束

光1S 和2S ，它们分别被反射镜1M ,2M 反射后，又经1G 的表面而发生干涉。由于

平玻璃板2G 只是为了补偿光线2S 在玻璃板1G 中少经过的光程而设置的，且只对观

察白光才属必要，因此在讨论仪器的条纹形成时，可不考虑2G 。

由图（1-1）可见，虽然从仪器结构上来看，由光源S 来的光，被半反射膜M 分成二支走向不同的光。但根据平面镜成像的性质，光线2S 在M 2M 之间的光路可以用它在M 中的虚像 2M 来代替。因此这两束相干光可以分别看成是来自1M 和2 M 的反射。所以从干涉的角度来看，迈克尔逊干涉仪属于双光束的平板干涉。这类干涉仪有两大特点：干涉仪的两相干光束在空间的位置完全分开。另外，由于两光束完全分离，所以两反射镜1M 和2 M 就可以分别调节。在迈克尔逊干涉仪中，2 M 是固定的，而1M 则是由精密细杆带动可以平移，以改变1M 和2M 之间的

距离h ，且1M 既可在M M 2

'之外，又可在M M 2'之间。而且，两反射镜的倾斜还可以随意改变，因此迈克尔逊干涉仪既可产生等厚条纹又可产生获得等倾条纹，既适合于单色性好的光源，也可使用单色性极差的光源。例如：太阳光，日光灯等。

（一）

2.干涉条纹的分析

调节如图所示的两个反射镜，可以得到几种不同的干涉图样：从等厚条纹到等倾圆条纹。这些条纹都是在空气中形成的条纹，因为在小范围内可以看成空气是均匀介质，在光束进入空气膜层的时候不发生折射。下面仅对这两种条纹进行初步分析。

1.等厚干涉的直条纹

当1M 和2

M '相距不远且成一个微小的夹角α时，所成干涉条纹就是典型的等厚干涉直条纹。这时的缝隙里的介质是是空气，缝隙的形状的劈尖形的,由于仪器的反射镜是可以进行前后调整的,所以在迈克尔逊干涉仪中既可观察因为缝隙宽度h 所改变而引起的干涉条纹移动，又可以看见因为缝隙的夹角 的变化而引起条纹图样宽度的改变。且其中变化率分别为 2

h λ∙∆=∆N α

λ2e =

式中N ∆是因为h ∆变化而引起的条纹变动数，而e 是条纹宽度。

在迈克尔逊干涉仪调节中，当2M '位置固定不动时，我们无法从条纹的形状判断h=0

时1M 的确切位置，因为条纹形状与1M 的位置无关。所以从单色光的干涉条纹无