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，利用白炽灯做光源,在光程差为零的附近观察到对称的几条彩色条纹,中间的黑色条纹是等光程(Δ=0)精确位置。利用通入气体前后等光程位置的改变量，计算出气体的折射率，再利用气体的折射率与气体浓度的关系，计算

迈克尔逊干涉仪及其应用

迈克尔逊干涉仪及其应用迈克尔逊干涉仪的应用迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法实现干涉的精密光学仪器．自1881 年问世以来，迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验：否定“　以太”　的迈克尔逊—莫雷实验；光谱精细结构和利用光波波长标定长度单位．迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性．根据迈克尔逊干涉仪的基本原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域．【预习要求】 1. 阅读实验十六，理解光的干涉、等倾干涉与等厚干涉 . 2. 了解定域干涉与非定域干涉概念 . 3. 了解迈克尔逊干涉仪的结构和使用 . 【实验目的】 1. 研究迈克尔逊干涉仪上各种光的干涉现象 . 2. 了解迈克尔逊干涉仪的应用 . 【实验仪器】迈克尔逊干涉仪，法布里－珀罗干涉仪，氦氖激光器，钠光灯，白炽灯，扩束镜【实验要求】 1. 定域干涉与非定域干涉的研究（1）观察激光产生的定域干涉与非定域干涉；（2）粗略测定激光定域等倾干涉条纹和等厚干涉条纹的定域位置（精确到 mm ）；（3）观察钠光产生的定域干涉与非定域干涉 . 2. 钠光双线波长差与相干长度的测定（1）用迈克耳孙干涉仪测定钠光双线波长差；（2）用迈克耳孙干涉仪测定钠光相干长度；

（3）用迈克耳孙干涉仪考察氦－氖激光的相干长度 . 3. 钠光双线波长差的测定与考察补偿板的作用（1）用迈克耳孙干涉仪测定钠光双线波长差；（2）用法布里－珀罗干涉仪测定钠光双线波长差；（3）观察无补偿板的迈克耳孙干涉仪中条纹的特点 . 【实验提示】 1. 如何获得点光源和面光源？如何测定干涉条纹的定域位置？ 2. 钠光包含中心波长分别为589.0nm 和589.6nm 的两条谱线，在迈克耳逊干涉仪中它的干涉条纹有什么特点？测波长差的公式；能用测出的波长差计算相干长度吗？测定光源相干长度的方法，实际可能达到的精度 . 3. 钠光包含中心波长分别为589.0nm 和589.6nm 的两条谱线，在迈克耳逊干涉仪和法布里－珀罗干涉仪中它的干涉条纹各有什么特点？ 4. 迈克耳逊干涉仪中补偿板有哪些作用？ 5．考虑实际可能达到的精度，确定是否要用微动手轮，应如何安排测量次数，如何处理数据 . 【设计报告要求】 1 . 写明实验的目的和意义 2 . 阐明实验原理和设计思路 3 . 说明实验方法和测量方法的选择 4 . 列出所用仪器和材料 5 . 确定实验步骤 6 . 设计数据记录表格 7 . 确定实验数据的处理方法【思考题】

迈克尔逊干涉仪实验报告

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。【实验目的】 1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法； 2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律； 3．测量空气的折射率。【实验原理】（一）迈克尔逊干涉仪 1M 、2M 是一对平面反射镜，1G 、2G 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，1G 称为分光板，在其表面 A 镀有半反射半透射膜，2G 称为补偿片，与1G 平行。当光照到1G 上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到1M ，经1M 反射后，透过2G ，在1G 的半透膜上反射到达E ；反射光2射到2M ，经2M 反射后，透过1G 射向E 。两束光在玻璃中的光程相等。当观察者从E 处向1G 看去时，除直接看到2M 外还可以看到1M 的像1 M 。于是1、2

双频外差激光干涉仪

双频外差激光干涉仪班级名：应用物理学1401班作者：U201410186 赵润晓同组成员：U201410187 王羽霄实验时间：2016年11月30日

摘要：本实验在分析双频外差激光干涉仪的基础上，构建光路，实现了利用双频干涉侧脸位移量的功能。关键词：双频外差激光干涉仪声光调制器光路构建一、引言【实验目的及原理】 1.实验目的。 ①了解双频外差激光干涉仪（dual-frequency heterodyne interferometer）的工作原理。 ②熟悉各种光学镜片的功能及原理。 ③熟悉双频外差干涉仪基本光路的设计和搭建，通过声光调制器（或称声光移频器）产生双频激光光束，并观察干涉仪的干涉信号。 2.实验原理。激光的发明使得精密测量有了新的发展方向，用激光测量长度（位移或距离）主要方法有两种。一是以迈克尔逊干涉仪为基础的单频干涉仪；另一种是双频激光干涉仪。 ①单频激光干涉仪，从激光器发出的光束经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来，会合在分光镜上而产生干涉现象。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件（光电传感器）和电子线路（信号放大器）等转换为电压信号；然后经整形、放大后输入信号采集系统算出相位差，最后再由相位差算出可动反射镜的位移量（一个周期对应半波长）。由于激光频率甚高(1014Hz量级)，无法直接测量光的相位，光程差检测的传统方法都是干涉强度法，即测量由相位差所引起的光干涉信号的强度变化，间接地测量光程差。单品激光干涉仪因此具有稳定性差的缺点。许多内部（电子噪声和长期漂移等）和外部因素（环境变化，如温度、大气压力、折射率等的变化）都会对测量结果产生影响。 ②目前高精度的激光干涉仪大多为双频激光干涉仪，产生双频激光的方法主要是利用塞曼效应（Zeeman Effect）和声光调制器（Acousto-Optical Modulators，AOM）。塞曼效应受频差闭锁现象影响，产生的双频频差一般较小，通常最大频差不超过4MHz。声光调制方法得到的频差通常较大，一些产品双频激光频差达到20MHz以上。双频激光干涉仪是应用直接测量两个信号的相位差来决定位移的。这种位移（亦即光程差）信息载于两种频率光束干涉后产生的拍频信号上；因此，对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度，也可直接用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件，还可进行高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。本实验运用的是基于声光调制器的双频外差激光干涉仪。见图1。氦氖激光器输出的激光光束通过分光镜BS1分成两束，分别经过声光移频器产生频率为f1和f2的光束（原理参考背景知识）。两束光再分别通过分光镜BS2和BS4各自分成两束，频率f1和f2的光束经过分光镜反射后产生干涉，形成参考光束，并通过光电探测器PD1接收干涉信号。另外，透过BS2和BS4的f1

用迈克尔逊干涉仪测量激光波长

用迈克尔逊干涉仪测量激光波长〔引课：〕在大学物理中我们学习了光的薄膜干涉，知道薄膜干涉现象分为两种：在物理课上，我们只是从理论上研究了薄膜干涉的原理，那么在实验课上我们通过什么方法获得等倾或等厚干涉的图像呢？ ***************************** 迈克尔逊干涉仪 ***************************** ***注意*** 本实验只利用迈克尔逊干涉仪测量等倾干涉图像〔正课：〕实验目的与要求迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪的使用实验原理 1.迈克尔逊干涉仪的构造等厚干涉等倾干涉

2.迈克尔逊干涉仪的原理 (1) 光路图图30—2 迈克尔逊干涉仪光路图光源S发出的光到达分光板 1 G后，被分成振幅（强度）几乎相等的反射光（1）和透射光（2）。光束（1）向着 1 M前进，光束（2）经过 2 G后向着 2 M前进，这两束光分别在 1 M和2 M上反射后逆着各自的入射方向返回，最后到达光屏E。由于这两束光是来自同一光源S的同一束光，因此他们是两列相干光束，在E 处必有干涉图样形成。

(2) 光程差的计算 1M 和2M ˊ平行时（1M ⊥ 2M ），将观察屏垂直置于S 1和S 2ˊ连线处，就可以观察到等倾干涉圆环条纹。由于1M 和2M ˊ之间为空气，折射率n =1，故光程差 θδcos 2d =。并且有： θδcos 2d == ?? ? ? ?----+--------暗条纹明条纹λλ)2/1(k k （ k=0、1、2…）对光程差δ作进一步的分析：图30—4 非定域等倾干涉

双频激光干涉仪测量

双频激光干涉仪测量激光干涉仪测长原理典型的激光干涉仪由激光器L、偏振分光镜PBS测量反射镜M参考反射镜R、光电检测器D检偏器P和三个入14波片Q1、Q2和Q3组成。激光为线偏振光，经偏振分光镜分为E1和E2两线偏振光。当两干涉臂中入/4波片快轴（或慢轴）与X轴夹角相等且为45 度时，两束光通过入/4波片后均成为圆偏振光，反射后再次通过入/4波片，又转换为线偏振光，但其振动方向相对原振动方向旋转了90度，且由于两干涉臂光程产生了相位差 0 ,根据公式： 0 =2 0 = 0 =4n L/ 入式中：入为激光波长，干涉光路的作用是把位移L转变为合成光振动方向的旋转角 0，进而转换成光电信号的相位0，信号处理器的作用就是测量出0 ，从而计算出位移L。垂直度的测量工具在一台机器施工实例：多轴系统双频激光干涉仪的工作原理双频激光干涉仪其双频激光测量系统由氦氖双频遥置激光干涉仪和电子实时分解系统所组成。它具有以下优点：稳定性好，抗干扰能力强，可在较快的位移速度下测量较大的距离，使用范围广，使用方便，测量精度高。基本原理：如图11-2 所示，激光双频干涉仪的氦氖激光管，在外加直流轴向磁场的作用下，产生塞曼效应，将激光分成频率为fl和f2，旋向相反的两圆偏振光，经入/4波片变为线偏振光。调整入/4玻片的旋转角度，使 fl 和f2 的振动平面相互垂直，以互垂直，以作激光干涉图11-2 双频激光干涉仪的工作原理图 1.激光管 2.入/4波片 3.参考分光镜 4.偏振分光棱境 5.基准锥体棱镜 6.移动测量棱体 7.10.12. 检偏振镜8.9.11. 光电管13. 光电调制器仪的光源。当两个线偏振光经过参考分光镜3时（见图11-2），大部分则由偏振分光棱境4 分成两束。偏振面垂直入射面的f2 全反射到与分光镜固定在一起的基准锥体棱镜上；

迈克尔逊干涉仪调节与应用

4.1迈克尔逊干涉仪调节与应用迈克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅的双光束干涉装置。它是较理想的教学仪器，可以用来研究多种干涉现象，并可进行较精密的测量。同时它又是近代干涉装置的原型。一、实验目的要求 1．了解迈克尔逊干涉仪的结构、掌握其调节使用的方法。 2．通过实验考察等倾干涉、等厚干涉形成的条件、花纹特点、变化规律及相互间的区别，加深对干涉理论的理解。 3．利用迈克尔逊干涉仪测钠光波长和钠光双线波长差。4．观测等厚干涉条纹和钠光源的相干长度。二、仪器用具迈克尔逊干涉仪，钠光灯，带有小孔的光屏。三、实验原理（一）迈克尔逊干涉仪光路迈克尔逊干涉仪是一种分振幅双光束的干涉仪。图一是迈克尔逊干涉仪的光路图，从扩展光源S 射来的光，到达平行平面板1G 上（此板后表面是镀有半反射膜，镀有铬）后分成两部分，反射光l 在1G 处反射后向着1M 前进，透射光2透过1G 后向着2M 前进，这两列光分别在1M 和2M 上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E 处，既然这两列光波来自光源上同一点O ，所以是相干光，因而眼睛在E 处可观察到干涉条纹，2G 是补偿板，其材料和厚度与1G 相同，是为了保证两束光在玻璃中光程相等而设置的。由于光在分光板1G 的第二面上反射，使2M 在1M 附近形成一平行1M 的虚像M'2，因而光在迈克尔逊干涉仪中自 1M 和2M 的反射，相当于自1M 和2 M '的反射，所以在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。另外，反射镜2M 是固定不动的，1M 可在精密导轨上前后移动，从而改变反射光1和透射光2两光束之间的光程差。精密导轨与1G 成45°角。为了使光束1与导轨平行，光源应垂直导轨方向射向迈克尔逊干涉仪。（二）干涉花纹的图样 M 2反射镜2 分光镜补偿片 S d M '2 M 1 反射镜1 图一

实验40 用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长

实验40 用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长一、实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构及调整方法，并用它测光波波长 2.通过实验观察等倾干涉现象二、实验仪器氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪(250nm)、透镜、毛玻璃等。迈克尔逊干涉仪外形如图一所示。其中反射镜M1是固定的，M2可以在导轨上前后移动，以改变光程差。反射镜M2的移动采用蜗轮蜗杆传动系统，转动粗调手轮（2）可以实现粗调。M2移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺（5）上读得。通过读数窗口，在刻度盘（3）上可读到0.01mm；转动微调手轮（1）可实现微调，微调手轮的分度值为1×10-4mm。可估读到10-5mm。M1、M2背面各有3个螺钉可以用来粗调M1和M2的倾度，倾度的微调是通过调节水平微调（15）和竖直微调螺丝（16）来实现的。图一图二三、实验原理 1.仪器基本原理迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图二所示。M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜。P1、P2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。P1的一个表面镀有半反半透膜，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；P1称为分光板。当光照到P1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P2，在P1的半透膜上反射后射向E；反射光（2）射到M2，经M2反射后，透过P1射向E。由于光线（2）前后共通过P1三次，而光线（1）只通过P1一次，有了P2，它

们在玻璃中的光程便相等了，于是计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中的光程差就可以了，所以P 2称为补偿板。当观察者从E 处向P 1看去时，除直接看到M 2外还看到M 1的像M 1ˊ。于是（1）、（2）两束光如同从M 2与M 1ˊ反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M 1′～M 2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。 2.干涉条纹的图样本实验用He-Ne 激光器作为光源（见图三），激光S 射向迈克尔逊干涉仪，点光源经平面镜M 1、M 2反射后，相当于由两个点光源S 1ˊ和S 2ˊ发出的相干光束。S ˊ是S 的等效光源，是经半反射面A 所成的虚像。S 1′是S ′经M 1′所成的虚像。S 2′是S ′经M 2所成的虚像。由图三可知，只要观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内，都能看到干涉现象。如果M 2与M 1′严格平行，且把观察屏放在垂直于S 1′和S 2′的连线上，就能看到一组明暗相间的同心圆干涉环，其圆心位于S 1′S 2′轴线与屏的交点P 0处，从图四可以看出P 0处的光程差ΔL =2d ，屏上其它任意点P ′或P ″的光程差近似为 ?cos 2d L =? (1) 式中?为S 2′射到P ″点的光线与M 2法线之间的夹角。当λ?k d =?cos 2时，为明纹；当 2/)12(cos 2λ?+=?k d 时，为暗纹。由图四可以看出，以P 0为圆心的圆环是从虚光源发出的倾角相同的光线干涉的结果，因此，称为“等倾干涉条纹”。?=0时光程差最大，即圆心P 0处干涉环级次最高，越向边缘级次越低。当d 增加时，干涉环中心级次将增高，条纹沿半径向外移动，即可看到干涉环从中心“冒”出；反之当d 减小，干涉环向中心“缩”进去。图三图四由明纹条件可知，当干涉环中心为明纹时，ΔL =2d=k λ。此时若移动M 2（改变d)，环心处条纹的级次相应改变，当d 每改变λ/2距离，环心就冒出或缩进一条环纹。若M 2移动距离为Δd ，相应冒出或缩进的干涉环条纹数为N ，则有

实验二双频激光干涉实验

实验二双频激光干涉实验一、实验目的了解双频激光干涉测量原理，设计测量长度与角度的干涉系统，并且比较一般干涉测量与双频激光干涉测量的异同。二、实验原理 1. 测长原理如图1所示：其中L1 为稳频的激光器，Mm 、Mr 为两个全反射组件，P1、P2 为检偏器，D1、D2 为光电探测器。Mm 固定在被测物体上。输出激光含频差为f ?的两正交线偏振光分量1f 、2f 。输出光经分光镜 BS 后，一部分光被反射，经检偏器 P 1, 两频率分量干涉产生拍频，该信号被光电探测器D1 接收，形成参考信号 Sr 。透射光经线性干涉仪后，1f 、2f 被分开， 1f 进入参考臂，2f 进入测量臂，由两角锥棱镜反射返回后，在线性干涉仪上会合，经检偏器 P2 后发生干涉，光电探测器 D2 接收干涉信号，形成测量信号 Sm 。此时如果测量镜以速度v 移动，则1f 的返回光频率发生变化，成为1D f f +?,D f ?为多普勒频差，1D f f +?通过线性干涉仪与2f 的返回光会合，经检偏后，其拍频被光电探测器 D2 接收，Sr ，Sm 经前置放大后进入计算机进行计数。计算机对两路信号进行比较，计算其差值±D f ?。进而按下式计算动镜的速度?和移动的距离得出所测的长度 L 。设在测量中动镜的移动速度v （这里v 可以随时间变化），则由多普勒效应引起的频差变化为： 122 D v v f f c λ?== (1-1) 式中：1f 激光频率，c 光速，λ波长，D f ?为动镜移动时，由它反射回来的光频率的

变化量，也就是经计算机比较计算出来的两路信号的差值。设动镜的移动距离为D ，时间为t 则： 000()222 t t t D D D vdt f dt f dt N λλλε==??=??=+??? (1-2) N ε+为测量过程中动镜下的条纹数（N 为整数部分，ε为小数部分）。 00()t t D D N f dt f dt ε+=??=??∑? （1-3）所以，位移D 的计算公式为： ()2D N λε= + (1-4) 2. 测角原理如图2所示：如图，基于正弦尺的原理，利用角度干涉仪和角度靶镜，双频激光干涉仪就可以进行角度测量。其干涉光路的工作原理和测长的相似，只不过测量的位移变成了两个角锥棱镜的相对位置变化—D 。于是，在小角度的情况下，我们得到角度测量结果（弧度）为： D L α= (1-5) 三、实验步骤 1．在实验箱中找出需要用的零部件（不用的不要拿出）：（1） P T-1105C 激光头、（2）PT-1303C 高速接收器、（3）PT-1201A 线性干涉仪、（4） PT-1202A 全反射组件、（5）PT-1210A 角度干涉组件、（6）角度靶镜、（7） PT-1801B 通用调节架、（8）连接电缆各部件外形图如下所示：

迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪是利用干涉条纹精确测定长度或长度改变的仪器.它是迈克尔逊在1881年设计成功的。迈克尔逊和莫雷应用该仪器进行了测定以太风的著名实验.后人根据此种干涉仪研制出各种具有实用价值的干涉仪。预备知识 ?光程：光波实际传播的路径与折射率的乘积，光程差：，在杨氏干涉的例子里，它的光程差就可以表示 ? ?光程差与相位差的变换关系为： ?相干条件：两束光满足频率相同，振动方向相同，相位差恒定时即可成为相干光源，这时的光强应表达为：令；对应的位相差为

?获得相干光光源的两种常见方法 1.分波阵面法：从同一波阵面上获取对等的两部分作为子光源成为相干光源；如杨氏实验等。 2.分振幅法：当一束光投射到两种介质的分界面时，它的所有的反射光线或所有的透射光线会聚在一起时即可发生相干；如薄膜干涉等。 ?迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理 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和精密丝相连，使其可前后移动，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“消失”。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”一个个条纹。M2和M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，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。

迈克尔逊干涉仪示意经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反射的光只通过分光板一次.补偿板就是为了消除这种不对称而设置的.在使用单色光源时，补偿板并非必要，可以利用空气光程来补偿；但在复色光源时，因玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可缺少的。若要观察白光的干涉条纹，两相干光的光程差要非常小，即两臂基本上完全对称，此时可以看到彩色条纹；若M1或M2稍作倾斜，则可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。实验内容 ?观察非定域干涉条纹，干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差的改变而变化情况； ?测量He-Ne激光的波长，利用公式计算，用适当的数据处理方法求出值； ?测钠黄光波长及钠黄光双线的波长差，观察条纹的可见度的变化； ?测量钠黄光的相干长度，观察氦氖激光的相干情况； ?调节观察白光干涉条纹，测定透明薄片的折射率.

用迈克尔逊干涉仪测水的折射率

物理实验设计性实验实验题目：用迈克尔逊干涉仪测水的折射率班级：实验日期：年月日

用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率实验课题及任务《用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率》实验课题任务是：根据液体的折射率比空气大，当一个光路中加有液体时，其光程差'l 会发生改变，根据这一的光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定水的折射率。学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。设计要求 ⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵根据实验用的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶用最小二乘法求出水的折射率n。 ⑷实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。实验仪器改装过迈克尔逊干涉仪、专用水槽及配件、激光器。学时分配教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验验收，在4学时内完成实验；提交整体设计方案时间学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。

原始数据记录：实验台号:

用迈克尔逊干涉仪测水的折射率实验题目：用迈克尔逊干涉仪测水的折射率总体设计方案思路或说明：本实验介绍了用迈克逊干涉仪测量液体折射率的方法，原理简单。在干涉仪导轨上平放一方形玻璃容器，内装待测液体，动镜铅垂地浸没在液体中。通过测出动镜在液体内的移动量及其相应的干涉条纹变化数，就能计算液体的折射率，有较高的测量精度。本实验分析了干涉仪上分光板的反射光通过空气、玻璃、液体，由反射镜反射后出现的多个反射光点，只有通过对这些反射光点的调节，才能得出干涉条纹并符合计算公式的要求。实验目的： 1、了解改装过的迈克尔逊干涉仪的原理，结构及调整方法。 2 、学会用改装过的迈克尔逊干涉仪测量水的折射率。实验仪器：迈克尔逊干涉仪、专用水槽及配件、激光器。实验原理： 1、仪器介绍图中1M 和2M 为两平面反射镜，1M 可在精密导轨上前后移动，而2M 是固定的。分光板1G 是一块平行平面板，板的第二面（近补偿板2G ）涂以半反射膜，它和反射镜1M 图1 成45°角。2G 是一块补尝板，其厚度及折射率1G 完全相同，且与1G 完全相同，它的作用是使光束（2）和光束（1）一样以相同的入射状态，分别经过厚度和折射率相同的玻璃板三次。从而1G 和 2P 对两束光的折射影响抵消，白光实验时，光路（1）分光镜色散的影响可消除。单色光实验时，条纹形

激光干涉仪分类及应用

激光干涉仪分类及应用激光干涉仪以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量。激光干涉仪有单频的和双频的两种。激光干涉仪的分类：单频激光干涉仪从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为激光波长(N为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。双频激光干涉仪在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应,激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2±Δf）的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算（乘1/2激光波长）后即可得出可动反射镜的位移量。双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的，这种位移信息载于f1和f2的频差上，对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度，也可用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件，还可进行高精度直

《用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率》

评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：用迈克尔逊干涉仪测量玻璃的折射率班级：电信06-1 姓名：林清伟学号：21 指导教师：方运良茂名学院技术物理系大学物理实验室实验日期：2007年11月29 日

《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片折射率》实验提要实验课题及任务《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片厚度》实验课题任务是：根据玻璃的折射率比空气大，当玻璃片加到一个光路中时，必产生一光程差l ?，这个光程差会造成中央条纹会发生位移的现象，根据这一特定的光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定玻璃的折射率。学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片的折射率》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按撰写科学论文的要求写出完整的实验报告。设计要求 ⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶ 测量5组数据，测量玻璃的折射率n 。 ⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。 ⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。有关提示若用白光作光源，在一般情况下，不出现干涉条纹。进一步分析还可看出，在2M 、1'M 两面相交时，交线上0=d ，但是由于1、2两束光在半反射膜面上的反射情况不同，引起不同的附加光程差，故各种波长的光在交线附近可能有不同的光程差。因此，用白光作光源时，在2M 、1'M ，两面的交线附近的中央条纹可能是白色明条纹，也可能是暗条纹。在它的两旁还大致对称的有几条彩色的

激光干涉仪用途

简介以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统(见激光测长技术)测量位移的通用长度测量工具。激光干涉仪有单频的和双频的两种。单频的是在20世纪60年代中期出现的,最初用于检定基准线纹尺,后又用于在计量室中精密测长。双频激光干涉仪是1970年出现的，它适宜在车间中使用。激光干涉仪在极接近标准状态（温度为20℃、大气压力为101325帕、相对湿度59％、C O2含量0.03％）下的测量精确度很高，可达1×10?7。工作原理一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。从激光头射出的激光光束(1)具有单一频率，标称波长为0.633μm，长期波长稳定性（真空中）优于0.05ppm。当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光—反射光束(2)和透射光束(3)。这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束。如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。应当注意到，激光波长将取决于光束经过的空气的折射率。由于空气折射率会随着气温、压力和相对湿度的变化而变化，用于计算测量值的波长值可能需要对这些环境参数的变化进行补偿。在实践中，对于技术指标中的测量精度，只有线性位移（定位精度）测量需要进行此类补偿，在这种情况下两束光的光程差变化可能非常大。

产品用途 1.激光干涉仪是检定数控机床、坐标测量机位置精度的理想工具。检定时可按照规定标准处理测量数据并打印出误差曲线，为机床的修正提供可靠依据。 2.激光干涉仪配有各种附件，可测量小角度、平面度、直线度、平行度、垂直度等形位误差，在现场使用尤为方便。 2.1.线性测量要对线性测量进行设定，使用随附的两个外加螺丝将其中的一个线性反射镜安装在分光镜上。这个组合装置称为“线性干涉镜”，它形成激光光束的参考光路。线性干涉镜放置在激光头和线性反射镜之间的光路上，如下图所示。

用迈克尔逊干涉仪测杨氏模量

大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：用迈克尔逊干涉仪测杨氏模量茂名学院物理系大学物理实验室实验日期：200 年月日实验提要班级：姓名：学号：指导教师：方运良

实验课题及任务《用迈克尔逊干涉仪测量金属丝的杨氏模量》实验课题任务是：利用迈克尔逊干涉仪能精密测量微小变量的特点，测量出钢丝在拉力作用下的微小伸长量，用特制的测力计测量拉力大小。设计实验方案，测定钢丝的杨氏模量。学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测量金属丝的杨氏模量》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。设计要求 ⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵根据实验用的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶用最小二乘法求出杨氏模量。 ⑷实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。实验仪器迈克尔逊干涉仪、测力计、激光器。教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验验收，在4学时内完成实验；提交整体设计方案时间学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。参考文献（1）金正宇一个经典力学实验测量方法的改进——霍尔传感器测杨氏模量 [J] 实验室研究与探索,2000 （2）张帮利用迈克耳孙干涉原理测杨氏模量 [J] 大学物理实验2007 （3）陈水波，乐雄军测量杨氏模量的智能光电系统【J】物理实验，2001 原始数据实验日期：12月16日

激光干涉仪原理及应用详解

激光干涉仪概述 SJ6000激光干涉仪产品采用美国进口高稳频氦氖激光器、激光双纵模热稳频技术、高精度环境补偿模块、几何参量干涉光路设计、高精度激光干涉信号处理系统、高性能计算机控制系统技术，实现各种参数的高精度测量。通过激光热稳频控制技术，实现快速(5~10分钟)、高精度(0.05ppm)、抗干扰能力强、长期稳定性好的激光频率输出，采用不同的光学镜组可以测量出线性、角度、直线度、平面度和垂直度等几何量，并且可以进行动态分析。

SJ6000激光干涉仪产品具有测量精度高、测量速度快、最高测速下分辨率高、测量范围大等优点。通过与不同的光学组件结合，可以实现对直线度、垂直度、角度、平面度、平行度等多种几何精度的测量。在相关软件的配合下，还可以对数控机床进行动态性能检测，可以进行机床振动测试与分析，滚珠丝杆的动态特性分析，驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性分析等，具有极高的精度和效率，

为机床误差修正提供依据。激光干涉仪性能特点 1.测量精度高、速度快，稳定性好 ①使用美国高性能氦氖激光器，结合伺服稳频控制系统，达到高精度稳频(0.05ppm) ②以光波长(633nm)为测量单位，分辨率可达nm级 ③使用高速光电信号采样和处理技术，测量速度可达到4m/s。 ④配合有环境补偿单元，在环境变化的情况下，也可以得到较高的测量精度 ⑤分离式干涉镜设计，避免了测量镜组由于主机发热而引起的镜组形变 2.应用范围广 ①可以实现线性、角度、直线度、垂直度、平面度等几何量的检测 ②结合我们的软件系统，可以用于速度，加速度，振动分析以及稳定度等分析 ③可实时监控精密加工机床等机器的动态数据，进行动态特性分析 3.软件界面友好 ①使用当前热门的软件界面开发工具，软件界面人性化，操作简单。 ②将静态测量和动态测量两种功能合并到一个软件中，更方便用户切换测量类型。

单频-双频激光干涉仪

激光干涉仪 - 单频与双频激光干涉仪比较单频的激光器它的一个根本弱点就是受环境影响严重，在测试环境恶劣，测量距离较长时，这一缺点十分突出。其原因在于它是一种直流测量系统，必然具有直流光平和电平零漂的弊端。激光干涉仪可动反光镜移动时，光电接收器会输出信号，如果信号超过了计数器的触发电平则就会被记录下来，而如果激光束强度发生变化，就有可能使光电信号低于计数器的触发电平而使计数器停止计数，使激光器强度或干涉信号强度变化的主要原因是空气湍流，机床油雾，切削屑对光束的影响，结果光束发生偏移或波面扭曲。这种无规则的变化较难通过触发电平的自动调整来补偿，因而限制了单频干涉仪的应用范围，只有设法用交流测量系统代替直流测量系统才能从根本上克服单频激光干涉仪的这一弱点。而双频激光干涉仪正好克服了这一弱点，它是在单频激光干涉仪的基础上发展的一种外差式干涉仪。和单频激光干涉仪一样，双频激光干涉仪也是一种以波长作为标准对被测长度进行度量的仪器，所不同者，一方面是当可动棱镜不动时，前者的干涉信号是介于最亮和最暗之间的某个直流光平，而后者的干涉信号是一个频率约为1.5MHz的交流信号；另一方面，当可动棱镜移动时，前者的干涉信号是在最亮和最暗之间缓慢变化的信号，而后者的干涉信号是使原有的交流信号频率增加或减少了△f，结果依然是一个交流信号。因而对于双频激光干涉仪来说，可用放大倍数较大的交流放大器对干涉信号进行放大，这样，即使光强衰减90%，依然可以得到合适的电信号。由于这一特点，双频激光干涉仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等，也可以在普通车间内为大型机床的刻度进行标定，既可以对几十米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等微小运动进行精密测量，既可以对几何量如长度、角度．直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。总之，双频激光干涉仪的优越性主要有以下几点： 1. 精度高双频激光干涉仪以波长作为标准对被测长度进行度量的仪器。即使不做细分也可达到μm 量级，细分后更可达到n m量级。(安捷伦5530激光干涉仪线性精度能达到0.4PPM) 2. 应用范围广双频激光干涉仪除了可用于长度的精密测量外，测量角度、直线度、平面度、振动距离及速度等等，还可以分光进行多路测量。 3. 环境适应力强即使光强衰减90%，仍然可以得到有效的干涉信号。由于这一特点，双频激光干涉仪既可在恒温、恒湿、防震的计量室内检定量块、量杆、刻尺、微分校准器和坐标测量机，也可以在普通的车间内为大型的机床的刻度进行标定。

迈克尔逊干涉仪的调节与使用

迈克尔逊干涉仪的调节与使用【实验目的】 1学习精密干涉仪的调节与使用。 2 ?观察等倾干涉条纹，加深对干涉理论的理解。 3.学习一种测量光波长的方法。【实验原理】干涉仪是根据光的干涉原理制成的。迈克尔逊干涉仪是近代许多干涉仪的典型，用它可以来测量光波波长和微小长度，检查透镜和棱镜的光学性质，测量各种物镜的像差等。它在近代物理和近代测量技术中应用甚为广泛。图4-14-1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图。自光源发出的光线，被分光板G i后表面的半透膜分成光强近似相等的两束：反射光（1）和透射光（2）。由于G i与平面镜M i、M2均成45°角，所以，反射光（1）在近于垂直地入射到平面反光镜M i后，经反射又沿原路返回，透过G i到达E处。透射光（2）在透过补偿板G2后，近于垂直地入射到平面镜M2上，经反射又沿原路返回，在分光板后表面反射后向 E 处传播，与光线（i）相遇后形成干涉。 i.等倾干涉图样当迈克尔逊干涉仪的两个平面镜M i和M2严格垂直，即当M i和M2 （M2经G i膜面反射的像）严格平行时，所得干涉为等倾干涉，其条纹在无限远处。若在E处放置凸透镜，则条纹成像在透镜焦平面上。当M i与M2相距为d，单色光波长为入，光对平面镜的入射角为i 时，等倾干涉图样中的第k级亮条纹满足 2dcoS k=k 入（4-i4-i）等倾干涉条纹的形状决定于平面镜法线与观察方向的夹角。当此夹角为零时，干涉条纹是一组同心圆，如图4-i4-2所示。同一条纹上的不同点处所对应的入射角i相同，就是入射光线对平面镜的倾角相等，所以这样的干涉条纹叫做等倾干涉条纹。由公式（4-i4-i）可见， i k 越大，即条纹角半径越大，条纹级次k越小。也就是说中央条纹的级次高于外围的条纹级次，中心条纹级次最高。实验中当M i与M M2平行，M i与M M2的间隔d逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如k 级，它必以减少其cosi k值来保证满足2dcosi k=k入，故该干涉条纹向i k变大（cosi k变小）的方向移动，即向外扩展，中心条纹向外“涌出”。且每当间隔d增加入/2时，中心条纹向外“涌出”一个。反之，当间隔d由大变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地陷人中心，且每当陷入一个条纹，间隔的改变亦必为入/2。因而当数出“涌出”或“陷入”的中心条纹数目时，即可得到平面镜M i以半波长为单位移动的距离。显然，如果有N个条纹从中心“涌出”或“陷入” 时，贝U表明M i与M2的距离改变量△ d为图4-i4-i 迈克尔逊干涉仪原理图图4-i4-2 等倾干涉条纹