如何利用迈克尔逊干涉仪测量折射率

南昌大学物理实验报告

课程名称：普通物理实验（2）

实验名称： 空气折射率

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地点：座位号：

实验时间：

一、 实验目的：

1.进一步了解光的干涉现象及其形成条件，掌握迈克耳孙干涉光路的原理和调节方法。

2.利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气的折射率。

二、 实验仪器：

迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。

三、 实验原理：

迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。其中，G为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。 M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G均成450角；

?表示M2对G金属膜的虚像。 M1可以移动，M2固定。M2 从光源S发出的一束光，在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G反射出后投向M1镜，反射回来再穿过G；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。

M1 L1n1 ? M2激光S G 1 O L2n2 MM2

2

由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M1、M2镜时，两束光的光程差?为

图1

组装迈克尔逊干涉仪测定空气折射率

迈克尔逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间是分开的，两相干光束的光程差的改变可以通过移动一个反射镜或在一光路中加入另一种介质得到，在其中一条光路中放进被研究对象不会影响另一光路，因此，常用它来测量，如物质的折射率、厚度的变化、气压等一切可以转化为光程变化的物理量。

本实验用分立光学元件在光学平台上搭建迈克尔逊干涉装置，在干涉仪的一个臂中插入小气室来测定空气的折射率。

一、实验目的

1.通过自行搭建干涉装置，掌握分振幅法产生双光束以实现干涉的原理。 2.观察非定域干涉条纹。

3.掌握用干涉条纹计数法测量空气折射率的原理与方法。

二、实验仪器

光学平台、激光器及电源、扩束器、分光镜、平面镜、气室及打气囊、接收屏、若干光学支架和底座。

M1 M2′

三、实验原理

最简单形式的迈克耳孙干涉仪如图1所

激光器 S

G

M2

示。从点光源S发出的光束，被精制的厚度和折射率均匀的玻璃板（分束器）G分成两路，射向互相垂直的两个平面镜M1和M2。被平的是非定域干涉条纹，用毛玻璃屏FG接收。

FG接收到的干涉图样是M1和M2'之设M2'是M2在G中的虚像。可以认为，

图1

FG

面镜反射后，又回到分束器有镀膜的半反射面

南昌大学物理实验报告

课程名称：普通物理实验（2）

实验名称： 空气折射率

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地点：座位号：

实验时间：

一、 实验目的：

1.进一步了解光的干涉现象及其形成条件，掌握迈克耳孙干涉光路的原理和调节方法。

2.利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气的折射率。

二、 实验仪器：

迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。

三、 实验原理：

迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。其中，G为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。 M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G均成450角；

?表示M2对G金属膜的虚像。 M1可以移动，M2固定。M2 从光源S发出的一束光，在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G反射出后投向M1镜，反射回来再穿过G；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。

M1 L1n1 ? M2激光S G 1 O L2n2 MM2

2

由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M1、M2镜时，两束光的光程差?为

图1

用迈克尔逊干涉仪测量单层薄膜的厚度和折射率

实验的改进

于海峰 蒋晓冬 韩厚年 （淮阴工学院 淮安 223003）

摘要：迈克尔逊干涉实验是大学物理实验中的一个重要实验，本文对迈克尔逊干涉仪测定薄膜的厚度和折射率实验的传统方法进行了改进，我们对原测量仪器稍做调整,提高了条纹视见度,减少了测量误差，提高了测量精度。

关键词：迈克尔逊干涉仪；光程；薄膜厚度；折射率；等厚干涉;白光干涉 引言

目前测量薄膜厚度和折射率的方法有多种，例如椭偏法、准波导法等等[1][2]。其中在实验室中最常用、最简单方便的方法是利用迈克尔逊干涉方法来进行测量。

迈克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅双光束干涉装置,可用于观察光的干涉现象，测定单色光的波长，测定光源的相干长度。附加适当装置后，可以扩大实验范围，其中，用来测量薄膜的厚度和折射率就是其扩展实验之一。 问题提出

用迈克尔逊干涉仪测薄膜的厚度和折射率, 是利用在光程差约等于零时观测白光的彩色等厚干涉条纹。其做法是先调出白光条纹，然后将薄膜放在分光板G2与反射镜M2之间(薄膜与光线垂直),或薄膜贴在M2镜上，再调出零光程差的彩色干涉条纹,反射镜移动距离d与薄透明体厚度l、透明体折射率n、空气折射率n0有关系式

用迈克尔逊干涉仪测定透明介质的折射率

物理与电信工程学院物理学二班

【摘要】：迈克逊尔干涉仪，作为近代精密测量光学仪器之一，被广泛用于科学研究和检测技术等领域。利用迈克耳逊干涉仪，能以极高的精度测量长度的微小变化及其与此相关的物理量。本文就通过利用等倾干涉法成功测定了透明玻璃的折射率。实验证明，这种方法是有效而且方便的，由于迈克尔逊干涉仪的特性，该实验比其他方法测定玻璃的折射率更加简便。 【关键词】：迈克尔逊干涉仪 等倾干涉法 折射率

Abstract：Michelson Interferometer is widely used scientific research and testing technology as one of the Precision measuring optical instruments. The main idea of this paper is to measure the Refractive index of Transparent Glass, and to give an interesting asymptotic formula for it. Key words: Michels

用迈克尔逊干涉仪测定透明介质的折射率

物理与电信工程学院物理学二班

【摘要】：迈克逊尔干涉仪，作为近代精密测量光学仪器之一，被广泛用于科学研究和检测技术等领域。利用迈克耳逊干涉仪，能以极高的精度测量长度的微小变化及其与此相关的物理量。本文就通过利用等倾干涉法成功测定了透明玻璃的折射率。实验证明，这种方法是有效而且方便的，由于迈克尔逊干涉仪的特性，该实验比其他方法测定玻璃的折射率更加简便。 【关键词】：迈克尔逊干涉仪 等倾干涉法 折射率

Abstract：Michelson Interferometer is widely used scientific research and testing technology as one of the Precision measuring optical instruments. The main idea of this paper is to measure the Refractive index of Transparent Glass, and to give an interesting asymptotic formula for it. Key words: Michels

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

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