迈克尔逊-莫雷实验与光速不变原理

从一个全新的角度解释了迈克尔逊-莫雷实验、密勒实验、艾里实验及光行差现象.实验是人类认识客观世界的基础,通过对这些实验和光行差现象的解释,在对其理解上变得自然、融洽、符合逻辑,并进一步揭示出光的传播需要媒质,而空间中存在着作为光传播媒质的无形态物质.

维普资讯

大

庆

石

油

学

院

学

报

第3 1卷Vo . 3 1 1

第 3期No .3

20 0 7年 6月Jn u . 2 0 07

J ouRNAL OF DAQI NG ETROIEU M NS TU TE P I TI

对迈克尔逊一莫雷实验及光行差现象的一种解释齐绩(大庆石油学院电子科学学院，龙江大庆 1 3 1 黑 6 3 8)

摘要：一个全新的角度解释了迈克尔逊一莫雷实验、勒实验、里实验及光行差现象 .验是人类认识客观世从密艾实

界的基础，过对这些实验和光行差现象的解释 .通在对其理解上变得自然、洽、合逻辑。进一步揭示出光的传播需融符并要媒质，空间中存在着作为光传播媒质的无形态物质 .而 关键词：克尔逊一莫雷实验；密勒实验；光行差现象；艾里实验；形态物质迈无文献标识码： A文章编号：0 0—19 (0 7 0 10 8 12 0 ) 3—0 4一O 14 2

中图分类号： 1 O4 1

由于斐索实验

从一个全新的角度解释了迈克尔逊-莫雷实验、密勒实验、艾里实验及光行差现象.实验是人类认识客观世界的基础,通过对这些实验和光行差现象的解释,在对其理解上变得自然、融洽、符合逻辑,并进一步揭示出光的传播需要媒质,而空间中存在着作为光传播媒质的无形态物质.

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第3 1卷Vo . 3 1 1

第 3期No .3

20 0 7年 6月Jn u . 2 0 07

J ouRNAL OF DAQI NG ETROIEU M NS TU TE P I TI

对迈克尔逊一莫雷实验及光行差现象的一种解释齐绩(大庆石油学院电子科学学院，龙江大庆 1 3 1 黑 6 3 8)

摘要：一个全新的角度解释了迈克尔逊一莫雷实验、勒实验、里实验及光行差现象 .验是人类认识客观世从密艾实

界的基础，过对这些实验和光行差现象的解释 .通在对其理解上变得自然、洽、合逻辑。进一步揭示出光的传播需融符并要媒质，空间中存在着作为光传播媒质的无形态物质 .而 关键词：克尔逊一莫雷实验；密勒实验；光行差现象；艾里实验；形态物质迈无文献标识码： A文章编号：0 0—19 (0 7 0 10 8 12 0 ) 3—0 4一O 14 2

中图分类号： 1 O4 1

由于斐索实验

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

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

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利用origin 进行回归分析，最小二乘法拟合曲线。（数学软件origin 直线拟合原理即为最小二乘法）

计算公式：Δd=12N λ λ=2Δd N

算出其截距 斜率 则He -Ne 波长为

截距的标准差s x = 斜率的标准差s x = 单位（mm ）

自由度为5 拟合度(Adjust R -square)=

已知仪器误差Δ仪=100n m s d =

√n = 不确定度计算公式如下：

U d =√(

√n 2s d 2+Δ仪2= mm U N =0

U λ

λ=√(dln λ d Δd )2（U d ）2+(dln λ d N

)2（U N ）2 = U λ=97.52351442

λ=（±97.5）nm

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实验2钠黄光波长测定数据

计算公式：Δd=12N λ λ=2Δd N

通过对matlab 绘图程序，对实验测得的六个点进行最小二乘法数据分析：

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经过分析，发现有一组数据发生明显错误，故舍去该组数据进行分析。

算出其截距 斜率 则He -Ne 波长为

截距的标准差s x = 斜率的标准差s x = 单

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

基础物理实验研究性报告

实验课题:迈克尔逊干涉观察非定域干涉条纹并测量He-Ne激光波长

班级：150226班

第一作者：15021163 帅鑫淋

第二作者：15021166孙光昶

北京航空航天大学2016年上学期基础物理实验研究性报告

目录

目录 (2)

摘要 (3)

一、实验目的 (3)

二、实验原理 (3)

1.相干性 (3)

2. 迈克尔逊干涉仪的光路 (3)

3. 点光源的非定域干涉 (4)

4.单色点光源的非定域干涉条纹 (4)

5.单色点光源的非定域干涉圆形条纹测定He-Ne激光的波长 (6)

三、实验仪器 (7)

四、实验步骤 (7)

1. 测量氦氖激光光源的波长 (7)

1.迈克尔逊干涉仪的调整 (8)

2.观察和测量圆形干涉条纹 (8)

3.数据处理 (8)

2. 大致观察不同的非定域干涉条纹 (8)

五、数据记录与处理 (9)

1. 原始数据记录 (9)

2. 用逐差法处理数据 (9)

3. 不确定度的计算 (9)

六、误差来源分析 (10)

七、观察不同位置的非定域干涉条纹 (12)

八、实验总结 (12)

九、实验改进建议 (13)

十、实验感受和体会 (13)

十一、教学建议 (14)

十二、本学期物理实验学习的体会和感悟 (14)

十三、参考文献 (15)

原始数据照片 (15)