麦克尔逊干涉仪实验

实验一 麦克尔逊干涉仪原理和应用

一、实验目的

1、了解麦克尔逊干涉仪的结构和基本原理。 2、掌握麦克尔逊干涉仪的调节和使用方法。

二、实验内容

1、用氦氖激光器的632.8nm谱线校正干涉仪的刻度尺。 2、用麦克尔逊干涉仪测量氦氖激光或纳光的波长。 3、用麦克尔逊干涉仪测定纳光D双线的波长差。

三、实验仪器

1、麦克尔逊干涉仪 2、氦氖激光器 3、纳光灯及电源变压器 4、扩束透镜 5、细针或叉丝 6、毛玻璃屏 7、读数小灯

四、实验原理

干涉仪是凭借光的干涉原理以测量长度或长度变化的精密光学仪器。干涉仪有多种构造形式，实验室中常用的是麦克尔逊干涉仪，其构造简图如图一所示。M1和M2是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丝，用来调节镜面的方位。M2是固定的，M1由精密丝杆控制可沿臂前后移动，其移动距离由转盘读出。在两臂相交处，有一与两臂轴各成45的平行平面玻璃板P1，且在P1的第二平面上涂以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和投射光2，故P1又称为分光板。P2也是一平行平面玻璃板，与P厚度和折射率均与P由于它补偿了光束1平行放置，1相同。1和光束2之间附加的光程差，故称为

迈克尔逊干涉仪的调整与应用

1. 原始数据及处理

1.1 测量钠光灯波长（?Na?589.3nm） 测量次数n 1 2 3 4 5 6 不确定度计算：

M2位置dn（mm） 32.85641 32.87118 32.88615 32.90086 32.91589 32.93072 逐差法 ?di?(dn?3?dn)/3（mm）0.01482 0.01490 0.01486 平均值 平均波长 ?d(mm) 0.01486 ?(nm) 594.4 ?A?2.48?x?2.48?(?di?1ni?di)2=0.00010mm, ?B?0.00004mm

n?1?U?d??A2??B2=0.00011mm U??U2U?d=4.4nm, Ur????100%=0.74%. ?N?1.2 双线的波长差：??Na?0.59nm 测量次数 1 2 3 4 M2位置（mm） 33.10405 33.39630 33.67745 33.97492 逐差法得到?D（mm） 0.28801 ??（nm） 0.61 2．思考题及分析：

2.1、为什么白光干涉不易观察到？

答：两光束能产生干涉现象除满足同频、同向、相位差恒定三个条

迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪

摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。 关键词： 迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率；

一、引言

【实验背景】

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。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。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具； 它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。 【实

“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1m=1 553 164．13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铊光谱的超精细结构，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、He-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M1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

大学物理实验-迈克尔逊干涉仪

（1312实验室）迈克尔逊干涉仪实验

一.实验目的

（1）了解迈克尔逊干涉仪的光学结构及干涉原理，学习其调节和使用方法

（2）学习一种测定光波波长的方法，加深对等倾的理解

（3）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、扩束镜等。

三.实验原理

迈克尔逊干涉仪是l883年美国物理学家迈克尔逊（A.A.Michelson）和莫雷（E.W.Morley）合作，为研究“以太漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。用它可以高度准确地测定微小长度、光的波长、透明体的折射率等。后人利用该仪器的原理，研究出了多种专用干涉仪，这些干涉仪在近代物理和近代计量技术中被广泛应用。

1.干涉仪的光学结构

迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图1与2

所示。M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜，

M1的位置是固定的，M2可沿导轨前后移动。G1、

G2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃

板，与M1、M2均成45°角。G1的一个表面镀

有半反射、半透射膜A，使射到其上的光线分为

光强度差不多相等的反射光和透射光；G1称为

分光板。当光照到G1上时，在半透膜上分成相

互垂直的两束光，透射光（1）射到M1，经M1

反射后，透过G2，在G1的半透膜上反射后

第28卷第6期后勤工程学院学报Vol.28No.6文章编号：1672-7843（2012）06-0067-05doi：10.3969/j.issn.1672-7843.2012.06.012

迈克尔逊干涉仪调节白光干涉条纹的实验研究

武小琴，唐远林，朱肖平，陈俊斌，姚晓玲

（后勤工程学院基础部，重庆401311）

摘要在应用迈克尔逊干涉仪所做的一些精密测量中，对动镜M1

非常重要的。实验室中通常选用白光干涉条纹的零光程差位置作为测量的参照点，进行精确定位是但由

于白光相干长度很短，条纹随光程差变化的范围很小，而且受仪器精密度的局限，所以用

迈克尔逊干涉仪调出清晰的白光干涉条纹一直是实验的难点。实验证明借助透射光栅

和毛玻璃片能够顺利地调节出清晰的白光干涉条纹，并在分析实验现象的基础上，提出

以透射光栅补偿后产生的零光程差位置为参照点，能够更加精确定位实际测量中动镜M1

的位置，从而提高相关测量的精确度。

关键词迈克尔逊干涉仪；白光；相干长度；扩展光源；薄膜干涉；透射光栅

中图分类号：O436.1文献标志码：A

ExperimentalStudyonAdjustmentofWhiteLightInterferenceStreaksbyUsingMichelsonInte

迈克尔逊干涉仪研究性实验报告

摘要

迈克尔逊干涉仪是1883年迈克尔逊和莫雷为了研究以太漂移所设计的精密光学仪器，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。迈克尔逊干涉仪利用光的波长为参照，首次把人类的测量精度精确到纳米级，在近代物理学和近代计量科学中，具有重大的影响，更是得到了广泛应用，特别是20世纪60年代激光出现以后，各种应用就更为广泛。

一、实验原理

1．迈克尔逊干涉仪的光路

如图1所示，从光源发出的遗嘱光射在分束板P1上，将光束分为两部分：一部分从P1的半反射膜处反射，射向平面镜M2；另一部分从P1透射，射向平面镜M1。因P1和全反射镜M1、M2均成45°角，所以两束光均垂直射到M1、M2上。从M2反射回来的光透过半反射膜；从M1反射回来的光被半反射膜反射。二者汇聚成一束光，在E处即可观测到干涉条纹。光路中另一平行平板P2与P1平行，其材料及厚度与P1完全相同，以补偿两束光的光程差，成为补偿板。

反射镜M1是固定的，M2在精密导轨上前后移动，以改变两束光之间的光程差。M1,、M2后面各有三个螺钉来调节平面镜的方位，M1的下方还附有两个方向互相垂直的弹簧，松紧他们，能使M1

实验 11迈克尔逊干涉仪测光波波长

1.迈克尔逊干涉形成的等倾干涉条纹的条件、条纹的特点、条纹出现的位置和测量波长的公式。比较等倾干涉条纹和牛顿环（等厚干涉）异同。 提示：（1）迈克尔逊干涉形成等倾干涉条纹的条件：①M1、M 2（M2在 M1镜附近的虚像）两反射镜互相平行。②产生干涉的两束光应是相干光，且光程差要满足明暗条纹条件； （2）条纹的特点包括条纹形状、条纹分布，条纹级数、条纹属性（等倾还是等厚）以及条纹的变化；

（3）条纹出现的位置是指条纹所在位置。（迈克尔逊干涉用的光源是光纤激光（点光源）条纹出现的位置是在两虚光源发出的两相干光相遇的范围，是非定域的，等厚干涉用的光源是面光源钠光，条纹出现的位置在牛顿环装置表面附近，是定域的）。

（4）实验测量波长公式：（△N为条

纹变化（冒出或陷入）条数，

△h为M1、M2镜间的空气薄膜厚度的变化）。

（5）用迈克尔逊干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹异同：二者虽然都是中间疏边缘密明暗相间的同心圆条纹，但牛顿环属于等厚干涉的结果，并且等倾干涉条纹中心级次高，而牛顿环则是边缘的干涉级次高，所以当增大（或减小）空气层厚度时，等倾干涉条纹会向外涌出（或向中心缩进），而牛顿环则会向中心缩

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

实验七 迈克尔逊干涉仪的调整与使用

迈克尔逊干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。十九世纪末，迈克尔逊（Michelson）与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验，标定米尺及推断光谱线精细结构等三项著名的实验。

第一项实验解决了当时关于“以太”的争论，并为爱因斯坦发现相对论提供了实验依据；第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克尔逊发现镉红线（波长 = 643.84696nm）是一种理想的单色光源。可以用它的波长作为米尺标准化的基准。他定义1m = 155316413镉红线波长，精度达到10-9，这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献；迈克尔逊研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律，并以此推断光谱线的精细结构。这是干涉分光技术的最早工作。今天，迈克尔逊干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代，例如米尺的标定及干涉分光工作已改用法布里——珀罗干涉仪。但迈克尔逊干涉仪的基本结构仍然是许多现代干涉仪的基础。因此选用它作为教学实验仪器无疑是具有典型意义的。 【实验目的】

1．掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法。 2．学会用迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光波长。 【实验仪器】

迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪是用分振幅法获得双光束干涉的精密仪器，它主要由