迈克尔逊干涉仪自动测量系统设计
迈克尔逊干涉仪自动测量系统设计
刘恒洲;喻秋山;胡远强;张剑
【摘要】迈克尔逊干涉仪能够演示多种光的波动现象，也在众多的光学领域内有着实际应用。项目以STC89S52单片机为核心，以步进电机为驱动源，以双PIN 光电二极管为光电转换元件，以差动运算放大器OPA129和滞回比较器LM339组成滤波、整形电路，结合多重减震措施，设计出一套迈克尔逊干涉仪自动测量装置。该装置拥有自动计数和测距的功能，具有交互界面友好、操作简单、测量精准等特点，能适用于各种迈克尔逊干涉仪的应用场合。%Michelson interferometer can demonstrate a variety of light wave phenomenon,but also has a practi-cal application in a large number of optical fields.Project to STC89S52 SCM as the core,the stepper motor as the driving source,the double PIN photodiode for photoelectric conversion element,differential operational am-plifier OPA129 and lag back comparator LM339 filtering, shaping circuit, combined with multiple damping measures,designs a set of Michelson interferometer automatic measuring device.The device has the function of automatic counting and ranging,and has the characteristics of friendly interface,simple operation and accurate measurement.It can be applied to various applications of Michelson interferometer.
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2016(029)006
【总页数】5页(P69-72,75)
【关键词】迈克尔逊干涉仪;干涉纹样;自动测量装置;设计
【作者】刘恒洲;喻秋山;胡远强;张剑
【作者单位】长江大学，湖北荆州 434023;长江大学，湖北荆州 434023;长江大学，湖北荆州 434023;长江大学，湖北荆州 434023
【正文语种】中文
【中图分类】O436
迈克尔逊干涉实验能直观地反映光的干涉现象，是光学经典实验之一。迈克尔逊干涉仪具有结构简单、光路清晰、测量精度高等特点，在测量光波波长、介质折射率、微小位移变化等领域内有着广泛的应用。但基于传统迈克尔逊干涉仪的实验中，需人工对快速“吞/吐”的干涉纹样进行观察和计数，观测过程中眼睛需长时间紧盯
接收屏上的纹样明暗变化次数，非常容易造成视觉疲劳，从而漏记或多记条纹移动数量，增大实验误差，且该操作的简单重复会耗费学生大量的时间和精力，并降低其对实验原理理解的深入和研究兴趣[1]。鉴于人工测量方法所带来的诸多不足，
我们以STC89S52单片机为核心研制了一款能够自动精确检测并记录条纹移动数量、反射镜移动距离的迈克尔逊干涉实验装置。该装置不仅可大幅提高实验效率，还可减少测量误差和提高实验数据测量精度，有益于学生更好地将重点放在对光路组成、干涉原理和应用的学习上，加强对光波干涉条件和形成特性的理解。
如图1(a)所示，激光源S发出的光束经凸透镜L1进行扩束，随后以45°入射到分光板G1上，光在此处被分成两束光强近似相等的反射光a1(b1)和透射光a2(b2)。反射光入射到平面镜M1上后被反射，后依次透过分光板G1和凸透镜L2到达点
A处(或接收屏)；而透射光在透过补偿板G2后将被平面镜M2反射回来，再次透
过G2，经G1下表面反射而到达点A处(或接收屏)。经不同路径传播并再次相遇
的两束光为相干光，满足干涉条件。因此，在A处可观测到等倾干涉纹样，如图
1(b)中所示。
空气中，干涉环圆心的光程差近似等于2d，当d逐渐增加时，干涉圆环将一个个从中心向外“冒”出，条纹变细；当d逐渐减小时，干涉条纹逐渐在中心处消失，条纹变粗。从数量上看，如果d减小或增加半个波长时，光程差就减少或增加一
个整波长λ，相应的就有一个圆环条纹在中心“消失”或“冒出”，对应的关系式为：
据此可知，若条纹的移动数ΔN、光波波长λ和平面镜M1的移动距离Δd中有任意两者可知均可求出第三者，迈克尔逊干涉仪自动测量实验装置就据此进行设计。
2.1 测量干涉纹样移动数量ΔN的设计
当调节迈克尔逊干涉仪上的微调旋钮使平面镜M1移动时，接收屏上会有明暗相
间的条纹移动，条纹圆心处的光强也随之明暗交替变化，一个明暗变化周期正好对应条纹的一次吞吐。因此，可以将光敏电阻置于凸透镜L2的焦平面点A处作为光电探测器，将该处的光强变化转化成相应电脉冲信号，用于条纹移动数量ΔN的
计数。
装置工作流程如图2所示，将带可调狭缝的双PIN光电二极管安装在凸透镜L2的焦平面点A处采集光信号。借助凸透镜L2的能量聚集作用，可大幅提高明暗条纹间的光强变化差异，提高脉冲信号的可识别度。而可调狭缝的引入，一方面可以遮挡非垂直入射光的干扰，提高信号的信噪比；另一方面可限制入射光的最大光通量，保证光电转换信号处于正常水平。
(1)光信号的采集与抗干扰电路设计
由于背景光和PIN光电二极管管中暗电流的存在，无论有无信号光照射，光电二
极管中都会有电流产生，将给条纹移动数量ΔN的测量带来干扰，如何有效提高
电路的抗干扰性是关键[2]。
设计方案采用对称差分运放电路来解决该问题，即使用一对同型号的S2387-33R
型PIN光电二极管分别对条纹光信号和背景光信号进行光-电转换，外加可调透光狭缝进行杂光屏蔽，并以多个超低偏置电流差动运算放大器OPA129组成差分放
大电路对采集到的两路信号进行放大和滤波处理(分别如图3中的框1、框3和框2)，可有效抑制两路输入信号中的共模信号，从而降低背景光和光电管中暗电流的干扰，提高PIN光电二极管对条纹光强的变化的敏感程度，获得更为纯净的光信
号电压Vout输出[3]。
(2)光信号的脉冲信号转化与抗干扰设计
由于移动的明暗相间条纹在PIN光电二极管中激发的电信号近似为正弦波，如图
4(a)中所示。但该信号不能被单片机有效识别，需进行脉冲波波形转换。为此，我们以滞回比较器LM339为核心进行波形转换设计，电路原理图如图4(b)中所示[4]。
在LM339输入端输入正弦波信号，经电压比较(由R1、R2和BG1等组成分压电路，调整R2阻值可改变参考电压Uoh)，当输入电压升至参考电压Uoh时
LM339将输出高电平，而在输入电压低于参考电压Uoh时则输出低电平(如图
4(a)中所示)，由此将正弦信号转化为高抗干扰的脉冲信号，并被单片机有效识别。
2.2 测量平面反射镜M1移动距离Δd的设计
式(1)中，如何准确测量平面镜M1的移动距离Δd也是我们非常关注的一个焦点。设计中，我们应用步进电机在步进过程中每一个脉冲触发的角(线)位移恒定这一特性来实现[5]。具体实现中，由步进电机驱动丝杆旋转，将步进电机的角位移转化
为丝杆上滑块(平面镜固定其上)的线位移，其位移Δd为：
Δd=kΔN
式中，k为步进电机的角位移与滑块线位移之间的转化当量，其与步进电机的步距角大小、丝杆的螺距等密切相关，具体值由实验中测定；ΔN为单片机向步进电机
发出的步进脉冲个数。
由此，我们只要测定精确k值并由单片机自动计量步进电机的步进脉冲数就可以得到的平移量。
2.3 抗震措施的设计
由于迈克尔逊干涉仪是一种精密的光学实验仪器，对外界的震动非常敏感。传统型迈克尔逊干涉仪采用铸铁基座增大仪器惯性，底部加垫橡胶圈吸震等措施来抵御外界震动干扰[6-7]。该方式对提高仪器稳定性有一定作用，但也导致了仪器整体质量偏大、便携性变差等不足。新方案用降低仪器重心和多重吸震措施取得了便携性与稳定性的平衡：
(1)降低系统重心和提高系统惯性。将系统各部件扁平安装在同一硬质基座上，在降低系统的重心高度的同时提高系统的整体惯性。(2)引入多重吸震措施。用软质硅胶垫替代橡胶垫将光学系统与桌面、运动部件与固定部件相隔离；在运动部件表面涂抹润滑油脂，减少摩擦震动；将步进电机与光学系统相隔离，用传送带传送动力和阻隔电机震动，并在电机固定螺栓中加垫软质硅胶进行吸震。
3．1 系统的整体设计
完成关键部位设计后，以STC89S52单片机为核心建立自动测量系统，其控制流程设计如图5所示。系统通过键盘输入控制指令，CPU对指令进行解码并输出步进电机执行脉冲控制指令，从而步进电机产生相应的角位移，平面镜M1产生位移Δd；同时，CPU将接收到光电传感器送来的光脉冲数ΔN。应用(1)式，可完成迈克尔逊干涉实验的各项应用测量。
3．2 系统的实现与数据测量
实验系统改装完成后，实验过程中数据可由LCD液晶显示屏直接显示。应用该系统进行激光波长测定，测量数据如表1中所示。
测量数据表明，测试结果精度较高，在条纹移动数量ΔN较小时误差较大，随ΔN
增加误差减小，在ΔN达到250以上时测试数据基本稳定。分析其原因与条纹移动过程中ΔN计数自动开始的触发位置选取有关。实验中可以通过增加测量条纹移动数量 (或滑块移动距离ΔN)来提高测量精度。
迈克尔逊干涉仪自动测量装置通过引入多重抗震和抗干扰措施提高了系统的稳定性和精度，借助于STC89S52单片机的数据处理能力，能快速实现数据的测量和实验结果显示。与传统型仪器相比具有体积小、重量轻、精度高、操作简便和直观等特点，可有效降低学生的劳动强度，节约操作时间，提高实验效率和研究兴趣。若在光路中引入不同的透明介质和外界作用，还可完成折射率、热胀冷缩和压电效应等趣味光学演示实验的开发。
【相关文献】
[1] 陈业仙,周党培,关小泉,等.一种新型迈克尔逊干涉仪条纹计数器的设计[J].大学物理实
验,2009,22(3)：64-67.
[2] 杨振乾,张旭东,王子城,等.基于Arduino单片机的迈克尔逊干涉仪测量改进[J].实验室研究与探索,2016,35(1):50-53.
[3] 王佩祥,喻秋山,黄志洋,等.偏振光实验系统的趣味性改进[J].物理实验,2016,36(2)：37-41.
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[5] Ku Shaoping,Liu Jing.Design of the control systems of stepping motor based on
STM32F10x and MDK[J].Ceramic International,2009,3(29):1671-4431．
[6] 杨长铭,王阳恩,田永红,等.大学物理实验[M].武汉：武汉大学出版社,2012:245-253.
[7] 翁有程，洪凌鹏，等.迈克尔逊干涉仪反射镜的调节[J].大学物理实验，2016(1)：70-71.
迈克尔逊干涉仪自动测量系统设计
迈克尔逊干涉仪自动测量系统设计 刘恒洲;喻秋山;胡远强;张剑 【摘要】迈克尔逊干涉仪能够演示多种光的波动现象，也在众多的光学领域内有着实际应用。项目以STC89S52单片机为核心，以步进电机为驱动源，以双PIN 光电二极管为光电转换元件，以差动运算放大器OPA129和滞回比较器LM339组成滤波、整形电路，结合多重减震措施，设计出一套迈克尔逊干涉仪自动测量装置。该装置拥有自动计数和测距的功能，具有交互界面友好、操作简单、测量精准等特点，能适用于各种迈克尔逊干涉仪的应用场合。%Michelson interferometer can demonstrate a variety of light wave phenomenon,but also has a practi-cal application in a large number of optical fields.Project to STC89S52 SCM as the core,the stepper motor as the driving source,the double PIN photodiode for photoelectric conversion element,differential operational am-plifier OPA129 and lag back comparator LM339 filtering, shaping circuit, combined with multiple damping measures,designs a set of Michelson interferometer automatic measuring device.The device has the function of automatic counting and ranging,and has the characteristics of friendly interface,simple operation and accurate measurement.It can be applied to various applications of Michelson interferometer. 【期刊名称】《大学物理实验》 【年(卷),期】2016(029)006 【总页数】5页(P69-72,75)
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪 实验原理： 1． 迈克尔孙干涉仪的结构和原理 迈克尔孙干涉仪的原理图如右图所示，光源S 发出的光射向A 板而分成（1）、（2）两束光，这 两束光又经M 1和M 2反射，分别通过A 的两表 面射向观察处O ，相遇而发生干涉，B 作为补偿 板的作用是使（1）、（2）两束光的光程差仅由 M 1、M 2与A 板的距离决定。 由此可见，这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长，而且其路径是互相垂直的，分的很开，这正是它的主要优点之一。从O 处向A 处观察，除看到M 1镜外，还可通过A 的半反射膜看到M 2的虚像M ’2，M 1与M 2镜所引起的干涉，显然与M 1、M ’2引起的干涉等效，M 1和M ’2形成了空气“薄膜”，因M ’2不是实物，故可方便地改变薄膜的厚度（即M 1和M ’2的距离），甚至可以使M 1和M ’2重叠和相交，在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体，这些都为其广泛的应用提供了方便。 2、 透明薄片折射率的测量 首先利用白光判断出中央条纹的位置，从而定出0d =的位置。这是由于白光使 连续光谱，只有在0d =的附近才能在1M 和'2M 的交线处观察到干涉条纹。 当视场中出现中央条纹之后，在1M 与A 之间放入折射率为n 、厚度为l 的透明物体，则此时光程差要比原来增大 )1(2-=?n l L
因而中央条纹移出视场范围，如果将1M 向A 前移d ，使2 L d ?= ，则中央条纹会重新出现。 数据处理 薄膜厚度d=0.163mm ，视为常量 平均值0.073133 321=?+?+?=?D D D D mm 标准差0.000142 )()()(232221=?-?+?-?+?-?=D D D D D D σmm A 类不确定度0.000083)(==?σD U A mm 由于不知道仪器的误差，所以不确定度只考虑A 类不确定度， 0.0001100008.032.1)()(3=?=?=?D U t D U A mm P=0.68 其中 修正因子32.13=t P=0.68 由光程差的关系1)(?+?=d D nd 可得 1+?=+?=d D d d D n 薄膜折射率的平均值 1.448651=+?=d D n 不确定度0.00067)()(=+??= n d D D U n U P=0.68 所以，所测得的薄膜折射率
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪 一、 预习思考题 1． 实验过程中，使用光纤电源时应注意什么？ 工作时会有所发热，此为正常现象，应注意尽量将其置于通风的地方。 2． 干涉仪在调出条纹之后，如何调节测微尺（微调手轮）的零点？ 将微调手轮调到零刻线，然后再调节粗动手轮，使观察读数窗口的刻线到整刻线。 二、 实验目的：了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理； 利用迈克尔逊干涉仪观察干涉现象； 利用迈克尔逊干涉仪测氦氖激光的波长。 三、 实验仪器设备 等厚干涉时 ()2 2cos 22λj i h = 干涉相长； ()2 12cos 22λ+=j i h 干涉相消。 当02≈i ， d N =2 λ N d 2=λ 五、 实验步骤 调平；布置激光器、升降台使光点处在两反射镜的中心，直到观察屏上出现四个光点； 调节两反射镜后面的调节螺丝，直到两排光点完全重合； 放置扩束镜待出现圆形花样，调节水平、竖直拉杆螺丝，至花样处在观察 屏正中、花样正圆。
读数系统调零；中心每冒出（或陷入）50个条纹记录动镜的位置，直至250个为止。 六、 原始数据记录 注意： 镜的位置读数由三部分组成：在毫米直尺上读出毫米整刻度数；在读数窗口内的圆分度盘上读出毫米以下2位，在微调手轮上读出毫米以下5位，其中第5位为 七、 实验数据处理 注意： （1） 波长λ（通过简单运算得到）可认为是直接测量量，其A 类 不确定度、B 类不确定度、总不确定度等有关概念参见《实验 讲义》。 （2） 贝塞耳公式、平均值的标准差参见《实验讲义》。 （3） 不确定度取几位有效数字及截断方法参见《实验讲义》。 （4） 测量结果的规范表示参见《实验讲义》。 （5） 如何用逐差法处理实验数据参见《实验讲义》。 每隔50环记录一次M 1镜位置，连续数250环，分别记录M 1镜的6次位 置，用逐差法获得三个波长测量值，再用贝塞耳公式计算波长的标准差： =--=∑=1 )(12n D S n i n i λλλ11.94731 nm 波长平均值的标准差： ==n S S λλ 6.897985 nm
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪 迈克尔逊干涉仪是光学干涉仪中最常见的一种，1883年美国物理学家阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊和爱德华·威廉姆斯·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。利用分振幅法产生双光束以实现干涉。 迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验： （1）否定“以太”的迈克尔逊—莫雷实验； （2）分析光谱精细结构； （3）利用光波波长标定长度单位。 迈克尔逊干涉仪的主体结构包括： （1）底座（2）导轨（3）拖板部分（4）定镜部分（5）读数系统和传动部分（6）附件工作原理：一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。 干涉条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种 干涉产生的图样，必求出相干光的光程差位置分布的函 数。若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发 生了变化，引起光程差变化的原因，可能是光线长度L 发生变化，或是光路中某段介质的折射率n发生了变化， 或是薄膜的厚度e发生了变化。 G2是一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜， M1是固定的，M2和G1精密丝相连，使其可以向前后移 动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm，M1和M2 后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1’严格平行 时，M2会移动，表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”。M2和M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离d 与条纹移动数N 的关系满足。 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。 在当今的引力波探测中迈克耳孙干涉仪以及其他种类干涉仪都得到了相当广泛的应用。 迈克耳孙干涉仪还被应用于寻找太阳系外行星的探测中（在这种探测中马赫-曾特干涉仪的应用更加广泛） 迈克耳孙干涉仪还在延迟干涉仪，即光学差分相移键控解调器（Optical DPSK）的制造中有所应用。 技术参数： 动镜移动精度(微调)、动镜移动精度(粗调)、动镜移动距离(微调)、动镜移动距离(粗调)、分束板和补偿板平面度、激光输出功率、动镜范围、最小读数 相关产品介绍： 1.产品型号：WMG-1型（天津市拓普仪器有限公司） 产品说明：
大学物理实验-迈克尔逊干涉仪
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，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。 测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。 压电材料的逆压电效应研究：压电陶瓷材料在电场作用下会产生伸缩效应,这就是所谓压电材料的逆压电现象,其伸缩量极微小。将迈克尔逊干涉仪的动镜粘在压电陶瓷片上,当压电陶瓷片受到电激励产生机械伸缩时就带动动镜移动。而动镜每移动λ/2的距离，就会到导致产生或消失一个干涉环条纹，根据干涉环条纹变化的个数就可以计算出压电陶瓷片伸缩的距离。 2. 角度测量[15-16]：刘雯等人依照正弦原理改型设计了迈克尔逊干涉仪，可以完成小角度测量。仪器的两个反射镜由三棱镜代替，反射镜组安装在标准被测转动器件的转动台上。被测转角依照正弦原理转化成反射镜组两个立体棱镜的相应线位移,而后进行干涉测量，小角度干涉仪测角分辨率达到10-3角秒量级。 在王贵甫等人设计的角度测量仪中，两个反射镜都是平面镜，但动镜被固定到一个转台上，通过转台将转动角位移转换成迈克尔逊测长仪能够测量的线位移。从而把角度旋转转变为位移移动，从而用干涉仪测出角度的变化。 3.薄透明体的厚度及折射率的同时测量[17] 目前各大学使用迈克尔逊干涉仪只测量已知厚度的薄膜的折射率或已知薄膜的折射率再测量它的厚度[1]，赵斌[16]经研究得出：可同时测量薄透明体厚度及折射率。其方法是：在不放薄膜时调出白光干涉条纹，而后插入透明薄膜，在薄膜与光线垂直时调出白光干涉条纹后,记录此时动镜移动的距离，再将薄膜偏转α角（45°比较方便）,再调出白光干涉条纹，再记录动镜移动的距离。通过动镜这两次移动的距离和薄膜的偏转角，就可以同时计算出待测薄膜的厚度和折射率。 4.气体浓度的测量[18]：在迈克尔逊干涉仪的参考光路中，放入一个透明气体室，利用白炽
迈克尔逊干涉仪实验论文
迈克尔逊干涉仪及其应用 摘要：本文介绍了迈克尔逊干涉仪及其原理在微小位移量的测量、角度测量、体浓度测量、引力波测量、光谱测量、光谱成像，光纤迈克尔逊干涉仪在混凝土内部应变的测量、温度测量、地震波加速度的测量中的应用,重点介绍全息干板膜的厚度测量 关键词：迈克尔逊干涉仪微小物理量的测量 引言：引言随着全息技术的不断发展,全息干板在科学研究和工业生产中得到了广泛使用。全息干板膜的厚度是全息干板的一个重要参数,对于其在全息技术中的应用具有重要的意义。全息干板膜的厚度一般从几微米到几十微米不等,对于普通椭偏测厚仪来说太厚,如果使用螺旋测微器测量则误差太大。目前,市场上也有不少专用的膜厚测量仪器,但价格昂贵。笔者通过巧妙设计,利用现有大学物理实验室中的迈克尔逊干涉仪完成了对全息干板膜的厚度测量。 迈克尔逊干涉仪 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，若观察到干涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。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。利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。 干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。两束相干光间光程差的 任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动，而某一束相干光的光程变化是由它 所通过的几何路程或介质折射率的变化引起，所以通过干涉条纹的移动变化可测 量几何长度或折射率的微小改变量，从而测得与此有关的其他物理量。测量精度 决定于测量光程差的精度，干涉条纹每移动一个条纹间距，光程差就改变一个波 长（～10-7米），所以干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的，其测量精度之 高是任何其他测量方法所无法比拟的。 根据光的干涉原理制成的一种仪器。将来自一个光源的两个光束完全分并，各自 经过不同的光程，然后再经过合并，可显出干涉条纹。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。 干涉仪分双光束干涉仪和多光束干涉仪两大类，前者有瑞利干涉仪、迈克耳 孙干涉仪及其变型泰曼干涉仪、马赫-秦特干涉仪等，后者有法布里-珀罗干涉仪 等。干涉仪的应用极为广泛，主要有如下几方面： ①长度的精密测量。在双光束干涉仪中，若介质折射率均匀且保持恒定，则干涉 条纹的移动是由两相干光几何路程之差发生变化所造成，根据条纹的移动数可进
傅里叶变换红外光谱仪中迈克尔逊干涉仪的工作原理
傅里叶变换红外光谱仪中迈克尔逊干涉仪的工作原理傅里叶变换红外光谱仪中的迈克尔逊干涉仪是其核心部件之一，它利用了干涉仪的干涉原理来测量红外光的波长和强度。下面将详细介绍迈克尔逊干涉仪的工作原理。 一、干涉原理 干涉是指两个或多个波源的波的叠加产生加强或减弱的现象。在迈克尔逊干涉仪中，干涉现象是由固定反射镜和可动反射镜之间的反射波叠加引起的。当两束光线从固定反射镜和可动反射镜反射后，它们在空间中叠加，形成干涉条纹。 二、迈克尔逊干涉仪的结构 迈克尔逊干涉仪主要由固定反射镜、可动反射镜、分束器、准直镜等组成。其中，分束器是将入射光分成两束反射光和透射光的元件；准直镜是使光线平行并聚焦到固定反射镜上的元件。 三、工作原理 1. 入射光通过分束器分成两束光线，一束透射光照射到准直镜上，经过准直镜聚焦后照射到固定反射镜上，然后反射回分束器；另一束反射光经过准直镜聚焦后照射到可动反射镜上，然后反射回分束器。 2. 两束光线在分束器上再次分开，一束透过分束器到达检测器，另一束反射回可动反射镜。当可动反射镜移动时，两束光线在空间中产生相位差，导致干涉条纹的出现。 3. 干涉条纹的形状和分布取决于可动反射镜的移动距离和光线
的波长。通过对干涉条纹进行测量和分析，可以得到被测光线的波长和强度信息。 四、迈克尔逊干涉仪的应用 迈克尔逊干涉仪在光学测量领域有着广泛的应用，尤其是在傅里叶变换红外光谱仪中。通过迈克尔逊干涉仪，我们可以获得红外光的波长和强度信息，进而进行光谱分析。此外，迈克尔逊干涉仪还可以用于测量光学薄膜的厚度、折射率等参数。 五、迈克尔逊干涉仪的优点 1. 高精度：迈克尔逊干涉仪的测量精度非常高，可以实现对微小相位差的测量。 2. 宽光谱范围：迈克尔逊干涉仪可以应用于宽光谱范围的测量，从可见光到红外光都可以进行测量。 3. 抗干扰能力强：由于干涉仪的测量是基于光线的干涉现象，因此它对于环境噪声和其他干扰因素的干扰具有较高的抗性。 4. 测量速度快：由于干涉仪的测量是实时进行的，因此它可以快速获得被测光线的波长和强度信息。 六、迈克尔逊干涉仪的缺点 1. 对光学元件的要求高：迈克尔逊干涉仪对于光学元件的精度和稳定性要求较高，这增加了制造成本和维护难度。 2. 对环境条件敏感：迈克尔逊干涉仪对于温度、湿度等环境条件的变化比较敏感，这可能会对测量结果产生影响。 3. 调整难度较大：迈克尔逊干涉仪的调整比较复杂，需要专业
迈克尔逊干涉实验的教学设计
迈克尔逊干涉实验的教学设计 【摘要】迈克尔逊干涉是大学物理实验中的一个光学基础实验，实验仪器设 计巧妙，实验原理与大学物理中光学的理论知识一脉相承。但由于当下的实验操 作只是机械式的完成对He-Ne激光的波长的测定，让学生形成原理枯燥、操作机 械和损伤视力的评价，教学效果不佳。本文从课前、课中和课后三个方面对该实 验进行重新思考，在预习内容、原理解释和实验仪器改进方面对教学设计提出改 进意见。 【关键词】迈克尔逊干涉仪；物理实验；教学设计 迈克尔逊干涉实验是一个使用分振幅双光束干涉仪测量He-Ne激光的波长的 光学基础实验[1]。实验完成后，绝大多数学生能够掌握迈克尔逊干涉仪的操作方法，测得较为精确的实验数据，并能使用逐差法对数据进行处理。但也发现学生 并不能很好地把大学物理课程中的理论知识与实验教学关联起来，混淆等倾干涉 和等厚干涉两种薄膜干涉的原理与图样特点，对迈克尔逊干涉仪的具体的实验现 象及成因模糊不清，对本实验形成原理枯燥、操作机械和损伤视力的刻板印象[2]。因此，本文通过对教学经验的总结和难点分析，对目前迈克尔逊干涉实验的教学 提出了三点建议和思考。 1.实验前增加薄膜干涉预习内容 薄膜干涉是指在分振幅法获得相干光的前提下，一束光经薄膜上、下两个表 面反射(或折射)后，形成的两束反射光(或折射光)相遇产生的干涉现象。常见的 薄膜有水上的油膜、肥皂泡的膜、金属表面的氧化层和特殊眼镜上常镀有的高反 射膜等。 等倾干涉和等厚干涉是薄膜干涉的两种典型形式。等倾干涉是指入射角相同 的光入射到均匀且两表面平行的薄膜上时，光束经反射后形成的干涉条纹是明暗 相间的同心圆环的现象。等厚干涉是指当有一组平行光入射到厚度均匀变化的薄 膜上时，厚度相同的地方形成同一级干涉条纹的现象。
迈克尔逊干涉仪(实验报告)
一、实验目的 1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。 2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定 He-Ne 激光波长 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。 （图一） （图二） 三、实验原理 ①用 He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板 P1和 P2上后就将光分成了两束分别射到 M1 和 M2 上，反射后通过 P1 、 P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。 ②产生干涉条纹的条件，如图 2 所示， B 、 C 是两个相干点光源，则到 A 点的光程差δ =AB-AC=BCcosi , 若在 A 点出产生了亮条纹，则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数 ) ，因为 i 和 k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ =2 Δ d/ Δ k。 四、实验步骤 1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜 P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。 2、调节 M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。 3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在 P1分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复 2 、 3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。 4、微调 M2是干涉图案处于显示屏的中间。 5、转动微量读数鼓轮，使 M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数 d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进 30 次则记一次数据，共记录 10 次数据即 d0、 d1 (9)
迈克尔逊干涉仪自动计数器的设计
迈克尔逊干涉仪自动计数器的设计迈克尔逊干涉仪是一种常用的光学实验仪器，用于测量光波的干涉 现象。为了提高测量的准确性和效率，设计一种自动计数器来替代传 统的手工计数方式，将大大提升实验仪器的使用便捷性和数据采集的 精确度。 一、引言 迈克尔逊干涉仪是基于干涉原理的光学仪器，通过将光束进行分离 再合并，利用干涉条纹的移动来测量波长、折射率等光学参数。而在 传统的使用过程中，人工记录干涉条纹的移动并进行计数，不仅费时 费力，还容易出现误差。因此，设计一种自动计数器来实现干涉仪的 自动计数是非常必要的。 二、设计方案 为了实现迈克尔逊干涉仪的自动计数，我们可以采用以下设计方案： 1. 光学系统设计 在设计自动计数器之前，首先需要对传统的迈克尔逊干涉仪进行 改进，以适应自动计数器的运行。例如，可以引入光学衰减器，使得 干涉条纹的亮度合适，便于光电二极管的检测和计数。 2. 光电二极管检测 自动计数器的核心部分是光电二极管，它能够将光信号转化为电 信号，并通过电子元器件进行信号放大和处理。在迈克尔逊干涉仪中，
光电二极管可以采集到干涉条纹的信号，并通过放大电路转换为适合 计数的电信号。 3. 计数电路设计 自动计数器需要设计合适的计数电路，用于接收光电二极管的信 号并进行计数。计数电路可以根据实际需求选择合适的芯片或模块， 如计数器芯片或可编程逻辑器件等。 4. 数码显示 为了方便实验人员读取计数结果，可以设计一个数码显示屏，将 计数结果以数字形式展示出来。数码显示屏可以直接与计数电路相连，通过显示驱动电路将计数结果显示出来。 三、工作流程 设计完毕后，自动计数器的工作流程如下： 1. 设置基准位置 对干涉仪进行基准设置，使得初始状态下的干涉条纹处于参考位置。可以使用调节装置，进行微调和校准，使得干涉条纹清晰可见。 2. 信号采集与处理 光电二极管接收干涉条纹的光信号，将其转化为电信号。这个电 信号经过电子元器件的放大和滤波处理，在计数电路中产生可用于计 数的脉冲信号。 3. 计数与显示
迈克尔逊干涉仪
一、等倾干涉 等倾干涉是薄膜干涉的一种。薄膜此时是均匀的，光线（光源为散射光）以倾角i入射，上下两条反射光线经过透镜作用汇聚一起，形成干涉。由于入射角相同的光经薄膜两表面反射形成的反射光在相遇点有相同的光程差，也就是说，凡入射角相同的就形成同一条纹，故这些倾斜度不同的光束经薄膜反射所形成的干涉花样是一些明暗相间的同心圆环．这种干涉称为等倾干涉。倾角i相同时，干涉情况一样 如果想要在迈克尔逊干涉仪上调出等倾干涉条纹，要求M1和M2两个反射镜相互平行，调解时可以在光源上做一个标记，再调节这两个镜子后面的倾度粗调旋钮和细调旋钮，使得标记物在两个镜子里的反射像在视野里重合。这样就可以看到环状的等倾干涉条纹 条纹级次 （1）明纹： 显然，对于平行膜面厚度一定，上升，下降，上升。 说明：其干涉级次为内高外低，且中心级次最高。 薄膜厚度对条纹间距的影响 假如上次间距是d中心为j级，这次间距为比d小的数级数肯定也小，则间距就大。 说明：薄膜厚度越薄，条纹间距越大。 条纹的动态变化 （1）当厚度d0变化时，条纹的级次相应发生变化； （2）圆心处将会出现明-暗-明的交替变化； （3）条纹级次改变一个，薄膜厚度改变； （4）d0减小，中心条纹级次j0降低； 圆心处的出现亮暗交替的变化，且各干涉条纹向中心收缩（向内移动）。 （5）d0增大，中心条纹级次j0升高； 圆心处的出现亮暗交替的变化，且各干涉条纹向外涌出（向外移动）。 二、迈克尔逊干涉仪其他测量应用 用迈克尔逊干涉仪测量折射率和厚度 一般采用钠光光源，通过观测白光干涉条纹的方法，先调出白光0光程差的彩色干涉条纹，在光路1或2中垂直光线方向插入被测物，再调出0光程差的彩色干涉条纹，反射镜移动
迈克尔逊干涉仪
大学物理仿真实验报告 迈克尔逊干涉仪 一、试验目(de) 1.了解迈克尔逊干涉仪(de)结构和原理,掌握调节方法； 2.利用点光源产生(de)同心圆干涉条纹测定单色光(de)波长. 二、仪器及用具（名称、型号及主要参数） 迈克尔逊干涉仪,He-Ne激光器,透镜等 三、实验原理 迈克尔逊干涉仪原理如图所示.两平面反射镜M 1、M 2 、光源 S和观察 点E（或接收屏）四者北东西南各据一方.M 1、M 2 相互垂直,M 2 是固定(de),M 1 可沿导轨做精密移动.G 1和G 2 是两 块材料相同薄厚均匀相等(de)平行 玻璃片.G 1 (de)一个表面上镀有半透明(de)薄银层或铝层,形成半反半透膜,可使入射光分成强度基本 相等(de)两束光,称G 1为分光板.G 2 与G 1 平行,以保证两束光在玻璃中所走(de)光程完全相等且与入射光(de)波长无关,保证仪器能够观察单、 复色光(de)干涉.可见G 2作为补偿光程用,故称之为补偿板.G 1 、G 2 与平面镜 M 1、M 2 倾斜成45°角. 如上图所示一束光入射到G 1 上,被G 1 分为反射光和透射光,这两束光
分别经M 1和M 2反射后又沿原路返回,在分化板后表面分别被透射和反射,于E 处相遇后成为相干光,可以产生干涉现象.图中M ′2是平面镜M 2由半反膜形成(de)虚像.观察者从E 处去看,经M 2反射(de)光好像是从M ′2来(de).因此干涉仪所产生(de)干涉和由平面M 1与M ′2之间(de)空气薄膜所产生(de)干涉是完全一样(de),在讨论干涉条纹(de)形成时,只需考察M 1和M 2两个面所形成(de)空气薄膜即可.两面相互平行可到面光源在无穷远处产生(de)等倾干涉,两面有小(de)夹角可得到面光源在空气膜近处形成(de)等厚干涉.若光源是点光源,则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉.设M 1和M ′2之间(de)距离为d,则它们所形成(de)空气薄膜造成(de)相干光(de)光程差近似用下式表示 若M 1与M ′2平行,则各处d 相同,可得等倾干涉.系统具有轴对称不变性,故屏E 上(de)干涉条纹应为一组同心圆环,圆心处对应(de)光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密.反之中心圆斑变大圆环变疏.若d 增加 则中心“冒出”一个条纹,反之d 减小 则中心“缩进”一个条纹.故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”(de)个数N 与d(de)变化量△d 之间有下列关系 即 λ = 2△d d 根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d. 四、实验步骤及操作 1. 单击登陆进入实验大厅 2. 选择光学学实验单击 2cos d i δ=2 d N λ∆=
迈克尔逊干涉自动测量仪的设计与制作
迈克尔逊干涉自动测量仪的设计与制作 刘芬芬;王杰 【摘要】Photosensitive resistance and 89C52 single chip are as the core to design a Michelson interference fringes auto-matic measuring instrument.The composition,electricity and software design are described.The interference and its recov-ery processing methods are analyzed.Based on the data of experiment,problems of manual count can be solved,measure-ment error can be reduced,experimental time can be shorten,and thus the accuracy of the experiment is improved.%利用光敏电阻，以单片机89C52为核心，设计了一种迈克尔逊干涉条纹自动测量仪，介绍了该测量仪各部分的构成、电路和软件设计，并分析了各种干扰及其排除方法。实验结果表明，该仪器显著改善了人工计数引起的问题，降低了测量误差，提高了实验结果的准确性，并缩短了实验时间，提高了实验效率。 【期刊名称】《新技术新工艺》 【年(卷),期】2015(000)009 【总页数】3页(P47-49) 【关键词】计数器;迈克尔逊干涉仪;光敏电阻;单片机 【作者】刘芬芬;王杰 【作者单位】海军航空工程学院基础实验部，山东烟台 264001;海军航空工程学院基础实验部，山东烟台 264001
迈克尔逊干涉仪的改进与应用
迈克尔逊干涉仪的改进与应用 摘要：迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光波长是我校开设的一个基础光学实验。实验中存在读取动镜位置需要环境光强亮，而观察干涉条纹需要环境光强暗的矛盾；人工计数干涉圆环眼睛疲劳易出错；每读取动镜位置后继续旋转微调手轮，易旋错方向，带入回程误差。针对实验中遇到的这些问题，我们对传统迈克尔逊干涉进行改进，并将其应用到实验中，收到良好的效果。 关键词：迈克尔逊干涉仪测量原理;迈克尔逊干涉仪自动测量系统;使用方法;测量数据 0.前言 迈克尔干涉仪的调整和使用，它作为一个经典的光学实验，被许多高校的大学物理实验所开出。迈克尔逊干涉仪是以分振幅法产生相干光束的原理制成，可用于光的波长、折射率、位移微小变化的测量，也可用来研究温度、压力对光传播的影响，检查光学元件表面的质量等。 在迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光波长这一实验中，为了提高观察屏上等倾干涉条纹的亮度和清晰度，通常在较暗环境下进行测量，但与此同时，又伴随着从仪器标尺读取动镜位置读数的困难。另外，实验者在光线较暗的环境中，一边朝一个方向旋转微调手轮，一边定睛地计数观察屏上干涉条纹的变化个数，极易使眼睛疲劳，导致少记或多记条纹数量；每计数一定数量的条纹，就要从主标尺、读数窗及微调手轮三处读取动镜在导轨上的位置，所以读数比较麻烦；读数后再次旋转微调手轮时易旋错方向，代入回程误差；由于环境光强较暗，学生读数时常用手机照亮标尺，不仅导致实验过程繁琐，而且不同实验台之间相互影响。 鉴于以上测量过程中遇到的问题，我们研制了自动测量与显示动镜位移和记数干涉条纹数量于一体的迈克尔逊干涉仪自动测量系统，并把它应用到实验教学中。
1.迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光波长原理 实验原理如图1所示。来自光源 S 的扩展激光束入射到分光板 G1 上，由于光 束在涂有半透膜的分光板G1上产生反射和透射后，分成互相垂直且强度相等的 两束光（1）和（2），这两束光分别射向互相垂直的移动镜 M1和参考镜M2, G1 与 M1、M2的夹角均为45°，经过 M1、M2反射后，又汇于分光板 G1，最后朝着 屏 E 的方向射出，在屏 E 上，我们可以观察到清晰的干涉条纹。G2为补偿板， 它与 G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光 束经过玻璃板的次数相等。与动镜M1平行的 M2'表示参考镜 M2经由分光板G1 形成的的虚镜，两镜之间的平行距离为 d。移动动镜 M1，d 随之改变，在观察 屏E上，干涉条纹中心处有圆环“吐出”或“吞进”。旋转微调手轮，使动镜 始终朝一个方向移动，当有干涉条纹变化时，记录动镜在导轨上的初始位置读数，继续朝原来方向旋转微调手轮，每数相同的条纹个数（如20条），从标尺读出 动镜位置，直至数出M个条纹。使用逐差法计算出每隔N个条纹的平均位移Δd，代入波长计算即可计算出激光波长。 2. 测量氦氖激光波长的方法 2.1 保持室内较暗，以便突出干涉条纹亮度。
大学物理仿真实验迈克尔逊干涉仪
大学物理仿真实验迈克尔逊干涉仪大学物理仿真实验 ------迈克尔逊干涉仪 实验名称: 迈克尔逊干涉仪 实验目的: 1了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法。 2观察非定域干涉条纹。 3测量氦氖激光的波长。 4并增强对条纹可见度和时间相干性的认识。 实验仪器: 迈克尔逊最早为了研究光速问题而精心设计了该装置。它是一种分振幅的干涉装置，它将一路光分解成相互垂直的两路相干光，然后通过反射再重新汇聚在另一个方向上。基于其结构原因，它是光源、两个反射镜、接收器(屏或眼睛)四者完全分立，东南西北各据一方，便于光路中安插其它器件。如利用白光测玻璃折射率，测定气体折射率等。迈克尔逊干涉仪可以使等厚干涉、等倾干涉及各种条纹的变动做到非常易于调整，很方便进行各种精密测量。它的设计精巧，用途广泛，在许多科研领域都有它应用的身影。
迈克尔逊干涉仪原理图 A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点，可以用观察屏来获得实像，也可以直接观察镜中虚像。图中的M2'是等效的M2位置。M1可在光线行进方向移动，产生与M2'的不同光程差。M1的位置使用粗调和细调旋钮调节，并且移动轨道上设有标尺。A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点，可以用观察屏来获得实像，也可以直接观察镜中虚像。图中的M2'是等效的M2位置。M1可在光线行进方向移动，产生与M2'的不同光程差。 M1的位置使用粗调和细调旋钮调节，并且移动轨道上设有标尺。 分光板、补偿板和反射镜 A和B是取自同一块玻璃上的厚度和折射率一样的两个玻璃板，其中一块A 的背面镀上半透半反膜，它使光线分成光强大致相等的两束相干光。另一块是补偿板，它的作用是在两个反射镜在等臂时光程相等;因为若没有补偿板，一路反射光通过A三次，而另一路透射光只通过A一次;这对于单色光时没有影响，对于复色光时则影响测量结果。其背面有三个可调螺钉，在实验中它充当三维角度调整;其中一个镜子的虚像(M2')和另一个镜子(M1)之间形成"空气夹层"。若空气层是绝对
迈克尔逊干涉仪测不透明薄膜厚度
迈克尔逊干涉仪测不透明薄膜厚度 摘要：为了测量不透明薄膜的厚度，借助力传感器使薄膜被等厚的空气层所代替，并运用等倾干涉的原理设计了测量装置。此法通过间接测量，避开了机械螺旋空程差造成的影响，使用力传感器有效减小了挤压形变引起的误差。在数据处理中，避开了传统逐差法的繁琐，而是直观地用图形对实验结果进行展示，简化和加速了分析处理数据的过程。实测数据表明，该装置具有良好的重复性和准确性。 关键词：迈克尔逊干涉仪；力传感器；等倾干涉；数据分析
目录 1 测量装置及简介 (1) 1.1迈克尔逊干涉仪和力传感器结构 (1) 1.2实验装置介绍 (2) 2 实验原理 (3) 2.1 迈克尔逊光路原理 (3) 2.2 等倾干涉原理 (3) 2.3 简化实验数据分析原理 (4) 2.4 薄膜厚度可以被等厚空气膜代替原理 (5) 3 实验方法 (6) 3.1 迈克尔逊干涉仪的调节 (6) 3.2测定激光波长 (6) 3.3测量薄膜厚度过程 (7) 4 实验结果及误差分析 (7) 4.1 测量数据和计算结果 (7) 4.2实验误差分析 (9) 5 实验改进 (9) 6 结论 (9) 参考文献 (10)
引言 薄膜的测量历来是用累积法（测一定数量的薄膜总厚度）求得的，但薄膜之间一定存在空隙使测量结果存在较大偏差。为解决此问题，本文运用迈克尔逊干涉仪，力传感器作为辅助，巧妙地把被测薄膜厚度转换为等厚的空气膜，使得薄膜的厚度被较精确的测量出来。厚度是薄膜的重要物理参量，越是能被精确地测量出，就越是能把握材料特性，有助于科学的进步。本文从测量装置，原理，方法及数据误差这几方面进行讨论，并试图提出了些改进方案。从实验结果来看，能反映出较好的精确度。 1 测量装置及简介 测量薄膜厚度的理论依据是：迈克尔逊干涉仪装有蜗轮蜗杆系统，使得其具有很高的测量精度，而力传感器又能显示压力大小，有效减小操作中的挤压形变，两种仪器结合使用，使实验结果更接近于真实值。 1.1迈克尔逊干涉仪和力传感器结构 1.1.1迈克尔逊干涉仪的结构 迈克尔逊干涉仪的结构如图1所示，其中M1和M2是两个精密磨光的平面镜，它们放置在相互垂直的两臂上，在其背后各有三个调节螺旋，是用来调节镜面的方位的；M2固定不动，M1由精密丝杆控制，可以在臂轴上前后移动，图中11为读数窗口，由此可知M1的移动距离。仪器前方粗动手轮（图中的13）最小分格值为10-2 mm，右侧微动手轮（图中15）的最小分度值为 10-4 mm，可估读至 10-5 mm，两个读数手轮构成了蜗轮蜗杆传动系统。图中的9和10是厚薄和折射率都很均匀的相同玻璃板，9的后面涂有一层薄的银膜，光线到达此处时可以被分为强度差不多的两部分。