光学—迈克尔逊干涉仪
《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
➢ 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
迈克尔逊干涉仪用途
迈克尔逊干涉仪用途迈克尔逊干涉仪是一种光学仪器，用于测量干涉现象以及测量光速、介质折射率等光学参数。
它由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊于1881年发明，是一种基于干涉现象的实验装置。
迈克尔逊干涉仪主要由光源、反射镜、半透镜、反射镜等光学元件组成。
迈克尔逊干涉仪的主要用途是测量光速。
根据迈克尔逊干涉仪的原理，当具有一定相位差的两束光经过半透镜射到分束器上后，会被分成两束互相垂直并发生干涉的光束。
如果其中一束光经过微小的长度差，例如由于地球的自转导致测量方向的光程差发生变化，就会导致干涉环的移动。
通过观察干涉环的移动情况，可以计算出由于光速变化引起的干涉环的移动量，并进而计算出光速的值。
迈克尔逊干涉仪还可以用于测量介质的折射率。
在测量过程中，可以将待测介质放置在其中一条光束的路径上。
根据杨氏双缝干涉的原理，通过观察干涉环的移动情况，可以推导出介质的折射率。
此外，迈克尔逊干涉仪还可以应用于光学元件的质量检验和表面形貌的测量。
通过观察干涉图案的变化，可以分析光学元件的表面形貌和光学性能。
例如，在制造反射镜时，可以使用迈克尔逊干涉仪检测反射镜的表面平整度和波前畸变，从而保证反射镜在光学系统中的性能。
此外，迈克尔逊干涉仪还广泛应用于科学研究领域。
例如，迈克尔逊干涉仪可以用于测量微小物体的长度、密度等物理参数，也可以用于测量光学元件的厚度和介质的分布情况。
迈克尔逊干涉仪还可以用于研究光的相干性和干涉现象，以及进行光学实验和教学。
值得一提的是，迈克尔逊干涉仪在20世纪初被用于测量爆炸引起的空气震荡的波长和频率，以及测量大气密度和声速的变化。
这些测量对于了解爆炸物的特性和爆炸波在大气中的传播具有重要意义。
综上所述，迈克尔逊干涉仪主要用于测量光速、介质折射率和光学元件的质量检验，也被广泛应用于科学研究、教学和光学实验等领域。
它的应用范围十分广泛，对于研究光学现象和测量光学参数具有重要的意义。
迈克尔逊干涉仪
角度不大、板厚很小条件下可形成劈尖
型等厚干涉条纹。
C
M1
等倾干涉条纹 d
当M1与M2垂直时，即M1
θ
A
θ
D
B
M2'
1
与M2’平行时，可以观察到内
2
疏外密的圆形等倾干涉条纹。
S
当d一定时，光程差只决定于入
只要测出干涉仪中M1移动的
射角θ，这种相同倾角的光所产生
的干涉，称为等倾干涉。
距离∆d,并数出相应的“吞吐”
M1
M
' 2
M1
M
' 2
M 2'
M1
M
' 2
M 2'
M1
M1
改变M1、M’2间夹角的大小，观察条纹的疏密变化
3）观察白光干涉条纹
在等厚干涉的基础上，将光源
为白光源，细心缓慢地旋转微动手 轮，找到“零程”位置，在M1、M2’虚 平板的交线附近就会出现彩色条纹。
记录观察到的条纹形状、特点 和颜色分布。
利用光的干涉 仪测定地球相对于 以太的运动，证明 了光速在不同方向 都是相等的。该实 验结果否定了“以 太”的存在，为爱 因斯坦建立狭义相 对论提供了实验依 据。
1892年，迈克耳孙首次系统地研 究了光谱地精细结构，在现代原 子理论中起了重要地作用。
迈克耳孙以镉红线波长为单位来表 示国际米，为自然基准（光波波长） 代替实物基准（铂铱米原器）准备 了条件。
位置：在d=0附近 特点：中央为直线黑纹
两旁是对称分布的彩色花纹 产生的原因：
d=0时，各种波长的光其光程差均为0 。 由于补偿板的作用，实现了“0级干涉条纹 无色散”。 利用白光的中央花纹，可以确定d=0的位置。
波动光学06迈克尔逊干涉仪
xx年xx月xx日
目 录
• 迈克尔逊干涉仪概述 • 迈克尔逊干涉仪的构造与使用 • 迈克尔逊干涉仪实验技术 • 迈克尔逊干涉仪实验中的问题与解决方案 • 结论与展望
01
迈克尔逊干涉仪概述
迈克尔逊干涉仪的定义与原理
迈克尔逊干涉仪的定义
迈克尔逊干涉仪是一种基于分振幅干涉原 理制作的干涉仪，它通过将待测光分成两 束，使它们在空间中产生干涉，从而实现 对光学特性的测量。
数据处理与结果分析
处理数据
根据测量数据计算光学厚度、 波长等物理量
结果分析
分析实验结果，评估误差和不确 定性，并与理论值进行比较
讨论与改进
讨论实验方法的优缺点，提出改进 意见和建议
04
迈克尔逊干涉仪实验中的问题与解决方案
实验中的问题及原因分析
1. 条纹不清晰
可能由于光源质量、光路中的 灰尘或光学元件的表面质量引
起。
2. 条纹移动
可能是由于仪器或环境的微小 震动，或由于光学元件的热胀
冷缩引起。
3. 测量误差
可能由于人为操作不当，或是 仪器精度不高导致。
问题解决方案及实施细节
1. 条纹不清晰
更换高质量的光源，清洁光路中的灰尘，或使用表面质 量更高的光学元件。
2. 条纹移动
使用更稳定的实验平台，如有必要，可以使用振动隔离 器或稳定器。同时，考虑控制实验环境温度以减少光学 元件的热胀冷缩。
迈克尔逊干涉仪的历史
迈克尔逊干涉仪是一种经典的光学仪器，它最早由美国物理学家A.A.迈克尔逊于19世纪末发明。在历史上，迈 克尔逊干涉仪曾被广泛应用于光学干涉实验和精密测长等领域。
迈克尔逊干涉仪的发展
随着光学技术和计算机技术的发展，迈克尔逊干涉仪的应用领域不断扩展。如今，它已被广泛应用于光学测量 、光学表面形貌测量、光学薄膜检测、量子力学实验等领域。同时，各种新型的迈克尔逊干涉仪也在不断发展 ，如数字全息迈克尔逊干涉仪、光纤迈克尔逊干涉仪等。
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
M2
G 1 //G
2
与 M 1, M 2
不同光程差下的等倾干涉图像
反射镜 M1
M'2
单 色 光 源
当 M1不垂直于M2 时，可形成劈尖 型等厚干涉条纹. 型等厚干涉条纹来自反 射 镜G1
G2
M2
等厚干涉条纹
M1 M1 M2 ’ M2 ’ M2 ’ M1 M2 ’ M1 M2 ’ M1
2、仪器的读数系统 、
进一个干涉环， 每“冒”出或“缩”进一个干涉环， 出或“ 进一个干涉环 相应的光程差改变了一个波长， 相应的光程差改变了一个波长，也就是 M1与M2’之间距离变化了半个波长。 之间距离变化了半个波长。 之间距离变化了半个波长 若将M 之间距离改变了△ 时 若将 1与M2’之间距离改变了△d时， 之间距离改变了 观察到N个干涉环变化 个干涉环变化， 观察到 个干涉环变化，则
∆d = N ⋅
λ
2
或
2∆d λ= N
可测单色光的波长
4、测量钠双线波长差 、
从条纹最清晰到条纹 消失由于M 消失由于 1移动所附加 的光程差： 的光程差：
Lm = k λ2 = (k + 1 )λ1 2
钠双线波长差: 钠双线波长差
∆λ =
λ2
2 Lm
Lm是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M1所移动的距离。 是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时 所移动的距离。
•
•
条纹模糊数
d i (× 10 − 3 m )
L m (× 1 0 − 3 m )
1
2
3
4
5
6
五、注意事项
1、迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝 、迈克尔逊干涉仪是精密仪器， 和手轮时手要轻，动作要稳。切勿用手触摸镜片。 和手轮时手要轻，动作要稳。切勿用手触摸镜片。 2、调测微尺零点方法：先将微调鼓轮沿某一方向 、调测微尺零点方法： 按读数的增或减）旋转至零线， （按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转 动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度， 动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度，以后测量时 使用微调鼓轮须向同一方向旋转。 使用微调鼓轮须向同一方向旋转。 3、微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动， 、微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动， 则须重新调整零点。 则须重新调整零点。 4、用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛， 、用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛， 使视网膜受伤。 使视网膜受伤。
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、长度和折射率的仪器。
它由美国物理学家迈克尔逊于1881年发明，是一种非常重要的光学仪器，被广泛应用于科学研究和工程实践中。
干涉仪的原理是利用光的干涉现象来测量光的性质和测量被测物体的长度，是一种非常精密的测量仪器。
迈克尔逊干涉仪的实验原理主要是基于干涉现象。
当两束光波相遇时，它们会发生干涉现象，即相位差引起的光强的变化。
迈克尔逊干涉仪利用分束镜将一束光分成两束光，经过两条不同的光路，再经过合束镜合成一束光，使得两束光发生干涉。
当两束光的光程差为整数倍的波长时，它们将相干叠加，产生明纹；当光程差为半波长的奇数倍时，它们将发生相消干涉，产生暗纹。
通过观察干涉条纹的位置和数量，可以推导出光的波长、被测物体的长度以及折射率等物理量。
在迈克尔逊干涉仪实验中，需要注意的是保证光源的稳定性和一致性。
光源的稳定性直接影响到实验结果的准确性，因此需要选择稳定的光源，如激光。
同时，光路的稳定性也是非常重要的，需要保证光路的长度和光学元件的位置保持稳定，避免外界因素对实验结果的影响。
除了测量光的波长和长度，迈克尔逊干涉仪还可以用于测量折射率。
当被测物体的折射率发生变化时，光的光程也会发生变化，从而导致干涉条纹的位置发生移动。
通过测量干涉条纹的移动量，可以推导出被测物体的折射率。
这种方法被广泛应用于实验室中测量各种材料的折射率，对材料的研究和应用具有重要意义。
总之，迈克尔逊干涉仪是一种非常重要的光学仪器，它利用光的干涉现象来测量光的波长、长度和折射率，具有非常广泛的应用价值。
在实际应用中，需要注意保证光源和光路的稳定性，以获得准确的实验结果。
迈克尔逊干涉仪的实验原理和方法对于光学研究和工程应用具有重要意义，对于推动光学领域的发展具有重要作用。
现代光学基础课件：光的干涉1_8迈克尔逊干涉仪
扩 展
光
k
相长
(2k 1) / 2 相消
k 0,1, 2,
M 2 M `1
d0
2
分光板 补偿板
G1
G2
1
M2
L
焦平面
当 M1 M2 M1 M1|| M2 M2’
二.干涉条纹的特征 （1）点光源产生的非定域干涉花样
当用点光源照射时M1与M2平行，不使用透镜，将光 屏放在两光束交叠的区域，可以看到同心圆环，属
1 1.5
2
d0 每减少/2：
视场中心内陷一个条纹，视场内条 纹向中心收缩，条纹变稀疏．
d0 每增加/2：
视场中心外冒一个条纹，视场内条 纹向外扩张，条纹略变稠密．
d N .
2
(2) 等倾圆条纹
由薄膜干涉极大光程差公式
2n2d0
cos i2
2
k,
式中：d=常数, k 0, 1, 2,
n1 n2 n3 1.0, i1 i2 ,
单
色
扩
展 光 源
1
G1
G2
L
M2
焦平面
干涉仪照片
复习等倾干涉
2dn2
cos i
2
iD
d
A
C
k 2k 1
2
k 1, 2, k 0,1, 2,
B
----明纹
----暗纹
n1
n2 n1 n1
M1与M2´形成厚度 均匀的空气薄膜
——等倾干涉
n1 n2 1
而且没有额外光程差 源 单
色
2d cos i2
的透明介质片，观察到200条 明纹移过，求此透明介质片的 折射率n 。
M2 M1
工程光学迈克尔逊干涉仪课件
03
迈克尔逊干涉仪的实验 操作
实验前的准备
实验器材
迈克尔逊干涉仪、激光器、屏 幕、尺子、记录纸和笔。
实验环境
确保实验室环境安静，避免外 界干扰。
安全措施
佩戴护目镜，避免激光直接照 射眼睛。
理论准备
了解迈克尔逊干涉仪的基本原 理和操作方法。
实验操作步骤
激光调整
调整激光器，使光束照射在分 束器上，并确保分束器正常工 作。
反射镜
固定在干涉仪的固定臂和 可动臂上，用于反射光线 。
测量系统
用于测量可动臂的位移量 ，从而计算出光程差。
干涉仪的工作原理
当两束相干光分别从固定臂和可 动臂上的反射镜反射回来并在分 束器上相遇时，会产生干涉现象
。
ห้องสมุดไป่ตู้
由于光程差的存在，两束光的相 位会发生变化，导致光强的分布
发生变化。
通过测量光强的分布，可以计算 出可动臂的位移量，从而得到光
迈克尔逊干涉仪的结构 与组成
干涉仪的结构
01
02
03
干涉仪主体
包括固定臂和可动臂，用 于产生干涉现象。
反射镜
固定在干涉仪的固定臂和 可动臂上，用于反射光线 。
分束器
将一束光分为两束光，分 别照射到固定臂和可动臂 上的反射镜。
干涉仪的组成部件
分束器
采用半透半反镜或分束棱 镜，将一束光分为两束相 干光。
工程光学迈克尔逊干 涉仪课件
contents
目录
• 迈克尔逊干涉仪简介 • 迈克尔逊干涉仪的结构与组成 • 迈克尔逊干涉仪的实验操作 • 迈克尔逊干涉仪的应用与拓展 • 迈克尔逊干涉仪的实验结果分析
01
迈克尔逊干涉仪简介
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
迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是利用分振幅的方法产生相干光，利用光干涉的一种精密的测长仪器，它设计巧妙，包含极为丰富的实验思想，在物理学发展中具有重大的历史意义，而且得到了十分广泛的应用.例如，可以观察各种不同几何形状、不同定域状态的干涉条纹；研究光源的时间相干性；测量气体、固体的折射率；进行微小长度测量等；在物理实验教学中因对训练学生的实验操作能力具有重要作用而受到高度重视.一、实验目的1．了解迈克尔逊干涉仪的结构，学习其调节方法. 2．观察等倾干涉条纹，测量He-Ne 激光的波长.3．观察非定域干涉、定域等倾干涉、等厚干涉及白光干涉现象. 4．练习用逐差法处理实验数据.二、实验仪器迈克尔逊干涉仪，He-Ne 激光器，扩束镜，光源三、实验原理1．仪器的构造原理迈克尔逊干涉仪的典型光路如图1所示． 图中M 1和M 2是两面平面反射镜，分别装在相互垂直的两臂上.M 1位置固定而M 2可通过精密丝杆沿臂长方向移动；M 1和M 2的倾角可通过背面螺丝调节.G 1和G 2是两块完全相同的玻璃板，G 1的后表面上镀有半透明的银反射膜，能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光，称为分光板或半透半反镜.G 1和G 2与M 1和M 2成45︒角倾斜安装.由光源发出的光束，通过扩束镜被分光板G 1分成反射光束1和透射光束2，分别射向M 2和M 1，并被反射回到G 1.由于两束光是相干光，从而产生干涉.G 2称为补偿板，是为了使光束2也同光束1一样二次通过玻璃板，以保证两光束间在几何路程相同时光程差相同.由于G 1银膜的反射，使在M 2附近形成M 2的一个虚象M 1＇．因此，光束1和光束2的干涉等效于由M 2和M 1＇之间空气薄膜产生的干涉. 2．等倾干涉(定域干涉)测光波波长.如图2所示，波长为λ的光束y 经间隔为d 的上下两平面M 1＇和M 2反射，反射后的光束分别为y 1和y 2.E图1 迈克尔逊于涉仪的典型光路设y 1经过的光程为l ，y 2经过的光程为l +Δl ，∆l 即为这两束光的光程差∆ l =AD BC AB -+，如果入射角为θ，则θθθθθθθcos 2)cos sin cos 1(2sin 2cos 22d d dtg dl =-=-=∆ (1) 可见当d 一定时，光程差取决于入射角.当用望远镜物镜将此二光线会聚时，则在物镜的焦平面上产生干涉条纹.当λθ∆k cos d l ==2时，为干涉亮纹；2)12(cos 2λθ+==∆k d l 时，为干涉暗纹，其中k 为整数，称干涉级序数，与相应干涉条纹对应．M 2、M 1＇上下表面平行时，可以观察到明暗相间的圆形条纹，这种干涉称为等倾干涉．M 2镜移动每增加或减少λ / 2距离，视场中心就涌出一个环纹或淹没 (吞进)一个环纹.视场中干涉条纹变化或移过的数目ΔN 与M 2移动距离Δd 间的关系是：2λ⋅∆=∆N d （2）观察干涉圆环的环心，如增大d ，k 也增大，环心的级次也增大，环心不断涌出环纹，环纹增多变密；如减小d ，则发生相反的情景，环心不断吞进环纹，条纹减少变疏（见图3（a ））.如果M 2＇和M 1不平行，这时就能观察到等厚直条纹（有时微有弯曲，见图3（b ））.（a）（b）图3 干涉条纹3．非定域干涉如图4所示，一个点光源S 产生的非定域干涉图样是这样形成的：经扩束透镜会聚后的激光束，形成一个线度非常小、强度足够大的点光源S .此点光源的光经平面反射镜M 1和M 2反射后，相当于是由两个虚光源1S 和2S 发出的干涉光束，1S 与2S 间的距离为M 1 与M 2的距离d 的两倍，即12S S 等于2d .图中所示虚光源2S 和1S 发出的球面波在它们相遇的空间处处相干.因此，将观察屏放入光场叠加区的任何位置处，都可观察到干涉条纹，这种条纹称为非定域干涉条纹．这种干涉现象属于非定域干涉.仪器介绍G 1SS 2P'M 1M 2S 'S 1图4 非定域干涉1,2,3,1’,2’,3’.平面镜调节螺丝；4.底座；5.轨道；6.观察屏；7.锁紧螺丝；8.微调手轮；9.粗调手轮；10.刻度盘观察窗；11.M2镜竖直微调螺栓；12.M2镜水平微调螺栓；G1.分束器；G2.补偿板；M1.动镜；M2.不动镜.图5 迈克尔逊干涉仪四、实验内容（一）迈克尔逊干涉仪和非定域干涉条纹的调节1.使He-Ne 激光器大致垂直于M 1：即调节He-Ne 激光器的高低左右位置，使被M 1反射回来的光束按原路返回（尽可能回到激光器的出光口）.2．使M 1与M 2互相垂直：装上观察屏(如图5)，可看到分别由M 1和M 2反射至屏的两排光点，每排光点的中间两个较亮，旁边的亮度依次减弱.调节M 1和M 2背面的三个螺钉，使两排光点中对应亮度的光点一一重合，这时M 1与M 2就大致互相垂直.3.在He-Ne 激光器的实际光路中加入扩束镜（短焦距透镜），使扩束光照在G 1上，此时在屏上一般会出现干涉条纹，再缓慢细心地调节干涉仪的细调拉簧微动螺钉，便能在观察屏上看到位置适中、清晰可辨的圆环状非定域干涉条纹.如果没有出现干涉条纹，应该移走扩束镜，从头再调.4.观察条纹变化，熟悉仪器的使用.转动干涉仪的粗动手轮，观察到条纹的“涌出”或“淹没”，便可判别1M '与2M 之间的距离d 是变大还是变小，观察条纹粗细、疏密情况，判断d 是较大还是较小.待操作熟练之后，再将条纹调好，准备测量.（二）测量He-Ne 激光的波长 1.读数刻度基准线的调整转动微动手轮，使0刻度线对齐基准线,再仔细旋转粗调手轮，使刻度盘指示某一整数值.调整好读数刻度基准线后，粗调手轮不能再转动，这时只能旋转微调手轮，直至观察到干涉条纹一个一个地不断涌出或淹没，才能进行测量.2．测量读出M 1的初位置d 0，继续沿同一方向缓慢转动微动手轮，可以清晰地看到条纹一个一个地“涌出”或“淹没”，每当“涌出”或“淹没”100个完整的条纹时，读取一次M 1的位置d i ，连续测量10个d i 值.每测一个d i ，可以算出其与前一个位置的ii i d d d -=∆+1，并及时检查测量结果是否正确.（三）观察等厚干涉条纹1.转动粗调手轮，移动M 2使干涉条纹不断淹没，条纹变稀疏，直到M 1'与2M 大致重合，干涉条纹渐趋于直线，调节M 1镜的微调螺丝，使M 1'与2M 有一个很小的夹角，视场中出现直线干涉条纹.条纹间距与夹角大小成反比，夹角越大，条纹越密，甚至观察不到条纹.调节M 1后的微调螺丝，使条纹间距为1mm ，移动M 2镜，观察条纹由直变弯，再由弯变直.2．在干涉条纹变直的位置，且条纹宽2mm 时，换上白炽灯光源，缓慢地移动M 2镜，在某一位置可看到彩色的条纹.条纹中心是M 1'与2M 的交线，此时M 2镜的位置准确与M 1'重合.由于白光的相干长度短，因此干涉条纹只有有限几条，所以必须细致耐心地调节才能观察到，如果M 2移动太快，就会一晃而过.五、数据处理1． 列表记录d 0、d 1、…d 10.将数据前后平分为两组，并用逐差法求出d ∆.2． 按d ∆λN 21=，算出λ并与标准值比较. He-Ne 激光波长公认值（或称标准值）：632.8nm %100||:⨯-=公认值测量值公认值相对误差E六、注意事项1．迈克尔逊干涉仪是精密光学仪器，绝对不能用手直接触摸各光学部件的表面，以免弄脏或损坏光学部件表面.2．调节M 1和M 2的背部螺钉及微动拉簧螺钉时均应缓缓旋转，并且在调节之前应将各个螺钉置于适中的位置.3．.因为激光光强很强，不要用眼睛直接观看激光，以免损坏视网膜.4．转动读数手轮，待干涉条纹的变化稳定后才能进行测量.测量一旦开始，读数手轮的转动方向不能中途改变.粗动手轮，特别是微动手轮要缓慢、均匀转动.5．实验中，最好让M 2沿导轨向外移动，以免被卡住. 6．激光器电源应平稳放置，因激光器使用高压电源，要避免触及其输出电极. 【思考题】1．结合实验调节过程中出现的现象总结迈克尔逊干涉仪调节要点及规律. 2．什么叫非定域干涉条纹？•简述调出非定域干涉条纹的条件和程序.3．实验中如何利用干涉条纹测出单色光的波长？He-Ne •激光的波长为632.8nm ，计算当N =100时，Δd 应为多大？。
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。
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
二、加强和减弱的条件
1. 复习多个同方向同频率谐振动的合成的一种特殊 情况，位相依次相差同一数值.
用矢量图解法：设N束光，用 a1,a2,a3,a4,······aN代表各光束的振幅矢量 ，位相依次相差Φ . 为了简单设 a①1=当a2Φ=a=3=±·2·kπ·(·k=·0,·1,=2a,N·=a·····)即 那Φ 么=0，,2Aπ=N,a4，π I,(·光·强·)=·A2·=(·Na)2 这是主极大。
举例：k=1,Φ =±2π /N,为了简化N取4，则Φ =±π /2 ；若N取8，则Φ =±π /4
a3
a4
a2
a1
a4
a5
a3
a6
a2
a1
③当Φ =±(2k+1)π /N (k=1,2,3,······ 但k不能取0,N1,N,······ 因为下方框中的都包含在 主极大中，应排除在外)
K取0， Φ =±π /N K取N-1,Φ =±(2k-1)π /N K取N， Φ =±(2k+1)π /N
a1 a2
······aN
多缝干涉光强曲线
次极大
主极大 (亮纹 )
极小值
②当Φ =±2kπ /N (∵NΦ =±2kπ ,∴k=1,2,3,··· 但k不能取0,N,2N,··· 因为k取0,N,2N···则 Φ =0,2π ,4π ,···为主极大情形)
那么，A=0，I(光强)=A2=0 这是极小。
M1
M1
M1
M1
重合
北航迈克尔逊干涉仪
确保实验室环境安静、整洁，避免外界光线干扰实验结果。此外，需要调整实 验室温度和湿度，确保光学元件的性能稳定。
实验操作步骤
打开光源
开启激光器或单色光源，调整光路，使光线照射到干涉仪 的反射镜上。
记录数据
通过计算机或手动记录干涉条纹的变化情况、测量数据等 。在记录数据时需要注意数据的准确性、可靠性和可重复 性。
将半反射镜调整到适当位置，使得一 部分光束反射回激光器，一部分光束 透射进入干涉仪。
记录干涉图样，并进行分析和处理。
03 北航迈克尔逊干涉仪实验 方法
实验前的准备
仪器准备
检查迈克尔逊干涉仪是否工作正常，调整干涉仪的粗动臂和微动臂的位置，确 保其能够正常移动。同时，检查光源、光电池、反射镜等光学元件是否清洁完 好。
重视基本原理和实验技能的学习
通过北航迈克尔逊干涉仪实验，应重视基本原理 和实验技能的学习，这是进行其他干涉仪实验的 基础。
加强理论分析和计算能力的培养
在实验过程中，应加强理论分析和计算能力的培 养，以便更好地理解和分析实验结果。
3
提高观察和分析实验现象的能力
应提高观察和分析实验现象的能力，以便及时发 现问题并进行调整。
分析2
通过计算出的光波长和速度，可以验证迈克尔逊干涉仪的准确性， 同时也可以与其他实验结果进行比较，验证实验方法的可靠性。
分析3
干涉条纹的移动现象可以说明光的干涉现象是由于反射镜角度的变化 引起的。
结果讨论与解释
讨论1
干涉图的结果表明迈克尔逊干涉仪实验是成功的，但实验 中仍然存在一些误差，需要进一步分析误差来源。
01
通过实验，验证了迈克尔逊干涉仪的工作原理和特点，包括干
涉现象、干涉条纹的移动等。
光学课件：3d等倾干涉迈克尔逊干涉仪
III 光的干涉
➢光的干涉、相干条件及干涉条纹描述 ➢杨氏双缝干涉实验 ➢平行光的干涉场 ➢分波面干涉装置、光场的空间相关性 ➢等厚干涉、牛顿环实验 ➢等倾干涉、迈克尔逊干涉仪、光场的 时间相关性 ➢多光束干涉、法布里—帕罗干涉仪
获得相干光的两种方法（回顾）
分波前干涉装置的基础
等倾条纹干涉图样的特点－衬比度
等倾干涉图样 的位置只与光束入 射角有关，各点产 生的干涉图样彼此 准确重合，因而光 源的扩大不会影响 条纹的衬比度，只 会增加干涉图样的 强度。
等倾条纹干涉图样的特点－中心级次最高
级次涵义：m 级亮环 ΔL 2nh cos m
2 当透镜光轴与平行平
板G垂直时，等倾干涉图
合，此时条纹的衬比度g=1。现取1<2(2= 1+)，则当移动 反射镜M2使得1的第N级暗纹与2的第N级亮纹重合时，条纹
衬比度降至0，此时有：
继续移动M2，视场中心再移过N根条纹，两组条纹将再次重合，
衬比度g又增大到1，如此不断重复。得到：
反衬度变化周期：
反衬度变化的频率：
即为
2、 照明光波具有一定光谱宽度时的干涉图样衬比度
样是一组以焦点为中心的 同心圆环，中心对应的干 涉级次最高。
ΔL 2nh cos
2
0时，L取最大值
第N个亮环的半径rN
ΔL 2nh cos
2
2h
n2
n12
sin
2
i
2
2nh
2
m0
2nh cosN
2
mN
中心光程差L 为2nh, h改变 2n , L 改变，中心点级数改变1。
2nh
（k2=2p/2）
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。