迈克尔逊干涉仪实验常见问题的分析与处理

陈莹梅,陈国强,黄世光

(韶关学院信息工程学院,广东韶关512005)

摘要:针对在迈克尔逊实验教学中学生对等倾干涉判断不准确、等倾干涉圆环的调节过程欠当和干涉条纹“冒出”与“陷入”的问题进行分析,提出了解决方案.

关键词:迈克尔逊干涉仪;干涉条纹;等倾干涉

中图分类号:O4-33 文献标识码:A 文章编号:1007-5348(2005)03-0130-04

迈克尔逊干涉仪是物理实验中观察和研究光的干涉现象、测定光的波长等实验的常用精密仪器.仪器设计精巧、光路直观,其调整方法具有典型性,在实验教学中,由于教材对其描述比较简单,学生未能全面掌握实验原理及调节技巧,遇到问题进行分析和处理有一定的的难度.本文针对实验教学中常出现的问题进行分析和探讨,并提出相应解决方案.

1实验原理

迈克尔逊干涉仪的光路原理如图1所示,从点光源S 发出的光,被倾斜角为45°的分光板G 1分成振幅接近相等的相互垂直的反射光①和透射光②,反射光①近于垂直地入射到可移动平面镜M 1后沿原路透过G 1达到观察屏E 处;透射光②透过补偿板G 2后近于垂直地入射到固定平面反射镜M 2原路返回,由分光板G 1反射达到E ,两束光线有相同的媒质经历.这样,两束光线的光学特性完全相同,反射光①和透射光②的光程差不同,具备相干特性;经观察者的眼睛叠加就能形成干涉条纹.因M 2被G 1的半反射镜反射成虚像M ′

2于M 1附近,故来自M 1和M 2的反射就相当于来自M 1和M ′2的反射,干涉仪所产生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉一样.如图2所示,其中d 为平面镜M 1和虚平面镜M ′

2之间的间距

. 图1　迈克尔逊干涉仪的光路原理图图2　等倾干涉原理图

当d 的厚度一定时,两光程差决定于入射角i ,凡以相同倾角i 入射的光经薄膜的上、下表面反射后产收稿日期:2004-10-09

作者简介:陈莹梅(1959—),女,广东潮州人,韶关学院信息工程学院实验师,主要从事物理实验教学.

2005年3月

韶关学院学报(自然科学版) Mar.2005第26卷　第3期Journal of Shaoguan University (Natural Science ) V ol.26　N o.3

生的相同光束具有相干的光程差,从而对应于干涉图样中的一级条纹.若用透镜L 1把光会聚,则在透镜L 1的焦平面上形成一个以透镜焦点为圆心的一组明暗相间的同心圆环,通常将其称之为等倾干涉条纹[1].2常见问题的分析与处理

2.1等倾干涉的判断不准确的分析处理

迈克尔逊干涉仪是精密的光学测量仪器,干涉条纹的正确判断关系到实验数据的精确度,严格的等倾干涉要求移动平面镜M 1和虚平面镜M ′

2严格平行,当入射角i =0时,光程差最大,圆环的圆心对应的条纹级数最高,由里向外条纹级数依次减小.当移动透镜L 1的光轴,干涉条纹中心仅随L 1光轴的中心移动而移动,干涉条纹的级次并不发生变化.即观测者眼睛在视场中移动时,干涉圆环的环心没有圆环“冒出”或“陷入”.然而学生在调节等倾干涉条纹时,常以为视场中出现的同心圆环就是等倾干涉条纹,这种判断是不准确的.因为,同心干涉圆环并不一定是严格的等倾干涉,若此时观测者的眼睛上下左右移动时,干涉圆环的环心有圆环“冒出”或“陷入”的现象,则说明圆环中心的干涉级次发生了变化.此时的同心圆干涉条纹并不是严格的等倾干涉,而是等厚干涉条纹[2].

产生这种现象的原因是两反射镜M 1与M 2不严格垂直,在移动镜片M 1与虚平面镜M ′2之间形成很小的楔角α,如图3所示

. 图3　动镜和定镜的虚像所构成的楔角图4　等倾干涉条纹

当眼睛在视场移动时,移动镜M 1与虚平面镜M ′

2之间的距离随之变化,由于中心的级次高,中心的级次随两镜片的间距的变化而变化.当眼睛向右移时,就会看到干涉圆环的环心有圆环“陷入”;向左移时就看到干涉圆环的环心有圆环条纹“冒出”.

解决问题的方法是先调出干涉圆环,然后在视场中上下左右移动眼睛,观察干涉圆环中心是否有圆环“冒出”或“陷入”的现象,若有圆环“冒出”或“陷入”则应再仔细、缓慢地调节M 2的微调螺丝,直到干涉圆环的环心仅随眼睛上下左右移动而动,没有“冒出”或“陷入”的现象出现时,观察的干涉圆环条纹才是严格的等倾干涉,如图4所示.

2.2　调节等倾干涉圆环的过程缺乏技巧光学仪器的调节是一个精细的工作,教学中要求学生在短时间内正确快捷地调节出等倾干涉条纹有一定的难度,教材对调节中可能出现的情况无详细的叙述,学生在调节的过程中,对出现如下问题:(1)视场中出现明亮,但无干涉条纹出现,如图5(a );(2)视场中出现弯曲的条纹,如图5(b );(3)视场中出现的干涉图样太少,如图5(c );(4)视场中出现直线与双曲线的条纹,如图5(d )的调节关键把握不准。至使调节过程思路不清、缺乏条理,有些粗调步骤没到位就进行细调,有些该细调的进行粗调,盲目性大,甚至破坏原已调节逼近等倾干涉的状态,导致实验课超时.

解决上述问题的关键是指导学生掌握正确的调整步骤和所调部件的作用,分析现象的原因并找出调节的技巧.下面就实验中出现的几个问题进行分析和讨论:(1)图5(a )出现的原因是粗调和细调都没到位,M 1到　第3期陈莹梅,等:迈克尔逊干涉仪实验常见问题的分析与处理 ?131　?

图5　调节等倾干涉图环过程中易出现的问题

分光膜G 1的距离相差太大,并且M 1和M ′

2不平行,所以应先调节粗调的手轮,使M 1和M 2到分光膜G 的距

离大致相等,然后再细调M 1和M 2背后的螺丝,使M 1和M ′2平行,直至出现等倾干涉条纹.(2)图5(b )是因为M 1与M ′

2不严格平行所致,解决的方法是细调M 2的微调拉簧改变楔角α使之减小为零,条纹间距将由窄变宽,最终干涉条纹由弯曲变为等倾干涉条纹.(3)图5(c )是粗调没到位,可动镜M 1到分光膜G 1的距离过大或过小,使M 1和M ′2之间因为形成太厚的“空气膜”,使得干涉条纹太细太密以至无法分辨出远离中心的干涉条纹,调节的方法是转动粗调手轮,减小d 的距离,然后再进行细调.(4)图5(d )中出现直线与双曲线的条纹是因为可动镜M 1和反射镜M 2不严格垂直,在M 1与M ′

2之间形成夹角,调节的方法是粗调手轮增大d 的距离.然后,再细调M 1和M 2背后的螺丝,使M 1和M ′2严格平行,把干涉条纹调为等倾干涉条纹[3].

2.3　干涉条纹“冒出”或“陷入”如图2所示,根据等倾干涉的原理,光程差△=2d cos i ,当i =0时,光程差最大,即圆环中心E 处干涉级数最高.转动细调手轮使M 1的位置读数增大,即M 1与M ′

2之间的距离d 也增大,则可观察到圆条纹一个个从中心“冒出”并向外扩张;反之,则可观察到圆条纹逐个向中心“陷入”并消失在中心处.但在教学中有部分学生却发现,转动细调手轮使M 1的位置读数增大,“冒出”或“陷入”却产生异常,正好与教材描述的相反.

产生“异常”的原因是由于学生对干涉条纹中心的圆环“冒出”和“陷入”受到教材所描述的定式思维影响.实际上等倾干涉条纹中心的圆环“冒出”和“陷入”是与M 1与M ′2之间距离d 的改变有关.在调节等倾干涉的过程中,反射镜的虚平面镜M ′2的位置不一定如图2所示,有可能M 1与M ′2的位置对调(图略).因此,当学生调节微调手轮,使M 1的位置读数增大,但M 1与M ′2之间的距离d 不是增大而是减小,此时观察到圆条纹逐个向中心“陷入”并消失在中心处,正好与教材描述相反,于是就出现“异常”.解决上述问题的方法是在教学中,引导学生掌握等倾干涉的实验原理,明确等倾干涉条纹中心的圆环“冒出”或“陷入”是因移动镜M 1与虚平面镜M ′2之间距离d 增大或减小产生的,并非因为移动镜M 1的位置读数增大或减小,所谓“异常”并不异常.

参考文献:

[1]李静,厉志明.普通物理实验[M].广州:华南理工大学出版社,1994.

[2]刁训刚,赵莹,蔡向华,等.迈克尔逊干涉仪实验的等倾干涉与等厚干涉[J ].大学物理实验,2003(3):33-35.

[3]姜辉.迈克尔逊干涉仪的调节和测量技巧[J ].大学物理实验,2003(2):39-41.?132　?韶关学院学报(自然科学版)2005年

Analysis and Treatment of the Problems that Occur Frequently

in Michelson I nterferometer

CHE N Y ing 2mei ,CHE N G uo 2qiang ,HUANG Shi 2guang

(C ollege of Information Engineering ,Shaoguan University ,Shaoguan 512005,G uangdong ,China )

Abstract :In this paper ,aim at students ’inaccurate judgment for is oclinal ’s interference in Michels on ’experiment teaching ,incorrect operation during is oclinal ’s interference ring ’s adjustment and the interference striation ’s extruding and sinking ,such problems are analyzed and the treatment methods are als o presented.

K ey w ords :Michels on interferometer ;interference striation ;is oclinal ’s interference

(责任编辑:颜志森)

(上接第125页)

地球只有一个,红三角也是独一无二的,每一个生命都是彼此相连的,只有遵循自然法则,生活才会和谐,社会才能得以可持续发展.为此,红三角地区要进行经济建设与发展,一定要吸取前车之鉴的教训,搞好生态环境保护,以环境保护为大计,以环境教育为根本,提高红三角地区人们的环境意识,较好地认识和理解人类同自然之间的关系,防治环境污染,实现红三角地区经济的可持续发展.

参考文献:

[1]田青.从环境教育到可持续发展[J ].学科教育,2004(8):7-11.

[2]国家教委.《全日制普及高级中学课程计划(实验)的通知》[Z],1996.

[3]吴卫明.环境教育与循环经济[J ].当代教育论坛,2004(8):60.

R elations Betw een E nvironment Education and

Sustainable Development of R ed Triangle Economic R egion

ZHAO Ou

(Editorial Department of Journal of Shaoguan University ,Shaoguan University ,Shaoguan 512005,G uangdong ,China )Abstract :By means of the relations between environment education and sustainable development ,and the present state and perspectives in China ,the environment education needs to put into practice in the red triangle economic region in or 2der to ensure the sustainable development in the region.

K ey w ords :red triangle economic region ;environmental education ;sustainable development

(责任编辑:颜志森)　第3期陈莹梅,等:迈克尔逊干涉仪实验常见问题的分析与处理 ?133　?

迈克尔逊干涉仪实验报告87789

如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2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M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。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M1和M′2之间的距离为d，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示若M1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上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于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”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。钠黄双线的精细结构测量原理简介：干涉条纹可见度定义为：当，时V=1，此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差为，且由关系算出谱线的精细结构。四.实验结果计与分析次数初读数 d1（mm）末读数 d2（mm） △ d=|d1-d2| (mm) (nm)(nm ) 137.7247937.754420.02963592.6592.6

迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长

实验十迈克尔逊干涉仪测He-Ne 激光的波长迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作设计制作出来的精密光学仪器。它利用分振幅法产生双光束以实现光的干涉，可以用来观察光的等倾、等厚和多光束干涉现象，测定单色光的波长和光源的相干长度等。在近代物理和计量技术中有广泛的应用。【实验目的】 1．了解迈克尔逊干涉仪的特点，学会调整和使用。 2．学习用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长及薄玻璃片厚度的方法。【实验仪器】 WSM-100型迈克尔逊干涉仪，HNL －55700型H e -N e 激光器、扩束镜，白赤灯，毛玻璃片，光具座，薄玻璃片。【实验原理】迈克尔逊干涉仪工作原理：如图10-1所示。在图中S 为光源，G 1是分束板，G 1的一面镀有半反射膜，使照在上面的光线一半反射另一半透射。G 2是补偿板，M 1、M 2为平面反射镜。光源H e -N e 激光器S 发出的光经会聚透镜L 扩束后，射入G 1板，在半反射面上分成两束光：光束(1)经G 1板内部折向M 1镜，经M 1反射后返回，再次穿过G 1板，到达屏E ；光束(2)透过半反射面，穿过补偿板G 2射向M 2镜，经M 2反射后，再次穿过G 2，由G 1下表面反射到达屏E 。两束光相遇发生干涉。补偿板G 2的材料和厚度都和G 1板相同，并且与G 1板平行放置。考虑到光束(1)两次穿过玻璃板，G 2的作用是使光束(2)也两次经过玻璃板，从而使两光路条件完全相同，这样，可以认为干涉现象仅仅是由于M 1镜与M 2镜之间的相对位置引起的。为清楚起见，光路可简化为图10-2所示，观察者自E 处向G 1板看去，透过G 1板，除直接看到M 1镜之外，还可以看到M 2镜在G 1板的反射像M 2'，M 1镜与M 2'构成空气薄膜。事实上M 1、M 2镜所引起的干涉，与M 1、M 2'之间的空气层所引起的干涉等效。 1．干涉法测光波波长原理：考虑M 1、M 2'完全平行，相距d 时的情况。点光源S 在镜M 1、M 2'中所成的像s '、s ''构成相距d 2的相干光源，光路如图10-3所示。设s ''到0点的距离为h 。这种情况下，干涉现象发生在两光相遇的所有空间中，因此干涉是非定域的。对于屏幕上任意一点P 处，设s ''到0点的距离为h 。两像光源发出的光相遇时的光程差为δ，P 点处发生相长干涉的条件为： λ=θ-θ+=δk h d 2h 2 1cos cos (10—1) 由(10-1)式，结合图3可以看出，保持h 与d 不变，令P 点向外移动时，1θ、2θ将增大，对应级次K 将伴随δ减小，所以中央条纹的级次高。 2E 图10-1 迈克尔逊干涉仪原理图 M M '图10-3干涉光程计算 2S 图10-2 迈克尔逊干涉仪简化光路

迈克尔逊干涉仪实验报告精品

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 实验目的： 1）学会使用迈克尔逊干涉仪 2）观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。实验仪器：氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理：迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源 S 出发的光经过称 45。放置的背面镀银的半透玻璃板 P 1 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光路 1 通过 M 1 镜反射并再次通过 P 1 照射在观察平面 E 上，光路 2 通过厚度、折射率与 P 1 相同的玻璃板 P 2 后由 M 2 镜反射再次通过 P 2 并由 P 1 背面的反射层反射照射在观察平面 E 上。图中平行于 M 的M ' 是M 经 P 反射所成的虚 1 2 2 1 像，即 P 到 M 与 P 到 M ' 的光程距离相等，故从 P 到M 的光路可用 P 到M ' 等价替代。这样可以认为 M 与 M ' 之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动 M 1 完成，空气间隙的夹角可以通过改变 M 1 镜或 M 2 镜的角度实现。当 M 与M ' 平行时可以在观察平面 E 处观察到等倾干涉现象，当 M 与M ' 有一 1 2 1 2 定的夹角时可以在观察平面 E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理：由等倾干涉条纹的特点，当 θ =0 时的光程差 δ 最大，即圆心所对应的

1 2 1 2 干涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当于增大了和 k 相应的θ 角，可以看到圆环一个个从中心 “冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。每“冒” 出或“ 缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与 M ’ 之间距离变化了半个波长。若将 M 与 M ’ 之间距离改变了 △d 时，观察到 N 个干涉环变化，则 △d=N 由此可测单色光的波长。 3：钠光双线波长差的测定：在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到随着动镜 M 1 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为：实验内容与数据处理：（1））观察非定域干涉条纹 1）通过粗调手轮打开激光光源，调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜 M 2 入射，取掉投影屏 E ，可以看到两排激光点 2）粗调手轮移动 M 1 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3）调节M 1 、M 2 镜后面的两个旋钮，使两排激光点重合为一排，并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏 E ，就可以看到干涉条纹。 4）仔细调节 M 、 M 镜后面的两个旋钮，使 M 与 M ' 平行，这时在屏上可以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5）转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞” 、“吐”条纹随光程差改变的变化情况。

迈克尔逊干涉仪测‘

实验四用迈克尔逊干涉仪空气的折射率一、实验目的用分离的光学元件构建一个迈克尔逊干涉仪。通过降低空气的压强测量其折射率。二、仪器和光学元件光学平台；HeNe 激光；调整架，35x35mm ；平面镜，30x30mm ；磁性基座；分束器50:50；透镜，f=+20mm ；白屏；玻璃容器，手持气压泵，组合夹具，T 形连接，适配器，软管，硅管三、实验原理借助迈克尔逊干涉仪装置中的两个镜，光线被引进干涉仪。通过改变光路中容器内气体的压强，推算出空气的折射率。 If two Waves having the same frequency ω , but different amplitudes and different phases are coincident at one location , they superimpose to ()()2211sin sin αα-?+-?=wt a wt a Y The resulting can be described by the followlng : ()α-?=wt A Y sin w ith the amplitude δ cos 22122212?++=a a a a A (1) and the phase difference 21ααδ-= In a Michelson interferometer , the light beam is split by a half-silvered glass plate into two partial beams ( amplitude splitting ) , reflected by two mirrors , and again brought to interference behind the glass plate . Since only large luminous spots can exhibit circular interference fringes , the Iight beam is expanded between the laser and the glass plate by a lens L . If one replaces the real mirror M3 with its virtual image M3 /, , Which is formed by reflection by the glass plate , a point P of the real light source appears as the points P / , and P " of the virtual light sources L l and L 2 · Due to the different light paths , using the designations in Fig . 2 , 图 2 the phase difference is given by : θλπδcos 22???=d （2） λis the wavelength of the laser ljght used . According to ( 1 ) , the intensity distribution for a a a ==21 is 2cos 4~2 22δ??=a A I (3) Maxima thus occur when δis equal to a multiple of π2,hence with ( 2 ) λθ?=??m d cos 2；m=1，2，….. ( 4 )

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

迈克尔逊干涉仪实验报告

实验目的： 1）学会使用迈克尔逊干涉仪 2）观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。实验仪器：氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理：迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源S 出发的光经过称。45放置的背面镀银的半透玻璃板1P 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光路1通过1M 镜反射并再次通过1P 照射在观察平面E 上，光路2通过厚度、折射率与1P 相同的玻璃板2P 后由2M 镜反射再次通过2P 并由1P 背面的反射层反射照射在观察平面E 上。图中平行于1M 的'2M 是2M 经1P 反射所成的虚像，即1P 到2M 与1P 到'2M 的光程距离相等，故从1P 到2M 的光路可用1P 到'2M 等价替代。这样可以认为1M 与'2M 之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动1M 完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M 镜或2M 镜的角度实现。当1M 与' 2M 平行时可以在观察平面E 处观察到等倾干涉现象，当1M 与'2M 有一定的夹角时可以在观察平面E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理：由等倾干涉条纹的特点，当θ =0 时的光程差δ 最大，即圆心所对应的干

涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当于增大了和 k 相应的θ 角，可以看到圆环一个个从中心“冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与M ’之间距离变化了半个波长。若将 M 与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干涉环变化，则△d =N 由此可测单色光的波长。 3：钠光双线波长差的测定：在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到随着动镜1M 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为：实验内容与数据处理：（1）观察非定域干涉条纹 1）通过粗调手轮打开激光光源，调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜2M 入射，取掉投影屏E ，可以看到两排激光点 2）粗调手轮移动1M 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3）调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使两排激光点重合为一排，并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏E ，就可以看到干涉条纹。 4）仔细调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使1M 与' 2M 平行，这时在屏上可以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5）转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差改变的变化情况。

迈克尔逊干涉仪实验与最佳测量区间的分析

迈克尔逊干涉仪实验与最佳测量区间的分析摘要：用迈克尔逊干涉仪能观察到等倾干涉、等厚干涉条纹和白光干涉的彩色条纹。产生等倾干涉与等厚干涉不仅与M 1与2'M 之间的夹角α有关，还受其间空气层厚度d 的影响。在测H e-N e 激光波长时，通过分析，在一定的测量区间内，测得的波长误差较小。本文主要对等倾干涉等厚干涉所遇到的现象、特点及仪器的调节图像的判断进行分析，接着分析白光干涉现象中央条纹的亮暗，最后对测波长的最佳区间分析，并经过实验得出最佳测量范围。关键词：迈克尔逊干涉仪等倾干涉等厚干涉白光干涉最佳测量区间 Michelson interferometer experiment with the best measurement interval analysis Abstract: Such dumping intervention, uniform thickness interference, white stripe and color interference fringes as can be observed in the Michelson interferometer. Inclined to interfere in the formation and the thickness intervention with the M 1 and 2'M the angle, which is also affected by the air layer thickness d effects. The He – Ne laser wavelength measurement, after analysis, in a certain interval measurement, the measurement error of wavelength is smaller. In this paper, such as the dumping of interference encountered thick interference phenomena, characteristics and the regulatory apparatus judgment image analysis then analyzes white interference fringes of the central-darkness, in the final test ,after the best wavelength interval analysis, we carry out some experiments and make out the best measurement range Key words: Michelson interferometer dumping intervention uniform thickness interference the white light interference best sampling interval

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”实验报告

“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，来到观察区域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。 G2为补偿扳，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，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。

迈克尔逊干涉仪实验报告

迈克尔逊干涉仪实验报告文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

迈克耳逊干涉仪一. 实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法； 2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。二. 实验仪器迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。三. 实验原理迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E （或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2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M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚

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M1和M ′2之间的距离为d ，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示若M1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 上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于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”的个数N 与d 的变化量△d 之间有下列关系根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d 。钠黄双线的精细结构测量原理简介：干涉条纹可见度定义为：当，时V=1，此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差为，且由关系算出谱线的精细结构。四. 实验结果计与分析钠光的平均波长次数初读数 d 1（mm ）末读数 d 2（mm ） △d=|d 1-d 2| (mm) (nm) (nm) 1 其中λ=2*Δd/100，根据λ0=； = E=% 钠光的精细结构：

迈克尔逊干涉仪测量空气折射率

空气折射率的测量学习要点和重点： 1、迈克尔逊干涉仪原理， 2、利用迈克尔逊干涉原理测量气体折射率的方法。学习难点： 1、光路的调整， 2、干涉条纹变化数目的读取。迈克尔逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间上是分开的，在其中一支光路上放进被研究对象不会影响另一支光路。本实验利用迈克尔逊原理测量空气折射率。一、实验目的与要求 1、学习一种测量气体折射率的方法； 2、进一步了解光的干涉现象及其形成条件； 3、学习调整光路的方法。二、实验仪器 He-Ne 激光器、反射镜2个、分束镜、扩束镜、气室、打气球、气压表、毛玻璃等。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。 M 1、M 2为互相垂直的平面反射镜，M 1、M 2镜面与分束镜G 均成450角；M 1可以移动，M 2固定。2M '表示M 2对G 金属膜的虚像。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M 1镜，反射回来再穿过G ；光束2投向M 2镜，经M 2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。由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M 1、M 2镜时，两束光的光程差δ为 M 2M 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图

)(22211L n L n -=δ （1）式中，1n 和2n 分别是路程1L 、2L 上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为λ，当 ,3 ,2 ,1 ,0 ,==K K λδ （2）时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。由式（1）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。当1L 支路上介质折射率改变1n ?时，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为N 。由（1）式和（2）式可知 1 12L N n λ = ? （3）例如：取nm 0.633=λ和mm L 1001=，若条纹变化10=N ，则可以测得0003.0=?n 。可见，测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数N ，就能测出光路中折射率的微小变化。正常状态（Pa P C t 501001325.1,15?==）下，空气对在真空中波长为nm 0.633的光的折射率 00027652.1=n ，它与真空折射率之差为410765.2)1(-?=-n 。用一般方法不易测出这个折射率差，而用干涉法能很方便地测量，且准确度高。四、实验内容及步骤（一）实验装置实验装置如图2所示。用He-Ne 激光作光源（He-Ne 激光的真空波长为nm 0.633=λ），并附加小孔光栏H 及扩束镜T 。扩束镜T 可以使激光束扩束。小孔光栏H 是为调节光束使之垂直入射在M 1、M 2镜上时用的。另外，为了测量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室，其长度为L 。气压表用来测量气室内气压。在O 处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。（二）测量方法图2 测量空气折射率实验装置示意图气压表

迈克尔逊干涉实验思考题

迈克尔逊干涉实验思考题 1、什么是干涉？什么是光的干涉？光的干涉有哪些必要与先决条件？什么是想干光？ 2、光的干涉实验现象是什么？本实验光的干涉现象是什么？ 3、在物理光学中有两类光的干涉现象，一种是等厚干涉，一种是等倾干涉，什么是等倾干涉？“等倾”是什么概念？指的是谁和谁的夹角？ 4、等倾干涉是哪两束光在什么条件下出现的什么光学现象？此现象与等厚干涉的牛顿环有什么区别？ 5、激光经扩束镜后的光线是平行光吗？为什么？激光经扩束镜后的光线与等倾干涉现象有何关系？如果激光经扩束镜后的光线是平行光又会出现什么干涉现象？为什么？ 6、迈克尔逊干涉仪是一种分振幅双光束干涉仪，在实验中，激光光束是如何分解的？分解后的两束光经定反射镜和动反射镜回到观察屏出现等倾干涉的实验条件是什么？ 7、补偿板的作用是什么（请详细说明）？取消补偿板还能实现光的等倾干涉现象吗？为什么？ 8、在实验中，为了说明问题的方便把哪一个反射镜虚拟化？虚拟化的前提是什么？ 9、在实验中，正确的操作是我们看到：观测屏会出现明暗相间的等倾干涉同心圆环。这说明形成干涉的两束光是平行光汇聚同一圆环，为什么？这两束光与各自的反射镜法线反射角是什么状态？如果不平行会出现什么实验现象？为什么？ 10、形成等倾干涉的两束光的光程差公式，讲义上直接给出了，请予以详细说明。 11、本实验的实验条件是什么？用什么实验方法能达到实验条件？具体如何操作？每一步骤的目标是什么？具体如何操作？ 12、在本实验中，观测屏出现什么实验现象才可记录实验数据？为什么？等倾干涉中心圆斑干涉现象与牛顿环干涉圆斑有何区别？ 13、什么是实验计数的条件？有些什么要求？在实验计数中，干涉圆环中心发生漂移是什么光学现象？为什么必须克服才能继续实验？

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

迈克尔逊干涉仪实验报告

迈克尔逊干涉仪实验报告一、实验题目：迈克尔逊干涉仪二、实验目的： 1. 了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节方法； 2. 观察等倾干涉、等厚干涉现象； 3. 利用迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光器的波长；三、实验仪器：迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜、观察屏、小孔光阑四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：在图M 2′是镜子M 2 经A面反射所成的虚像。调整好的迈克尔逊干涉仪，在标准状态下M 1、M 2 ′互相平行，设其间距为d.。用凸透镜会聚后的点光源S是一个很强的单色光源，其光线经M 1、M 2 反射后的光束等效于两个虚光源S 1 、S 2 ′ 发出的相干光束，而S 1、S 2 ′的间距为M 1 、M 2 ′的间距的两倍，即2d。虚光源 S 1、S 2 ′发出的球面波将在它们相遇的空间处处相干，呈现非定域干涉现象，其干涉花纹在空间不同的位置将可能是圆形环纹、椭圆形环纹或弧形的干涉条纹。通常将观察屏F安放在垂直于S 1、S 2 ′的连线方位，屏至S 2 ′的距离为R，屏上干涉花纹为一组同心的圆环，圆心为O。设S 1、S 2 ′至观察屏上一点P的光程差为δ，则 )1 /) (4 1 ( ) 2 ( 2 2 2 2 2 2 2 2 2 - + + + ? + = + - + + = r R d Rd r R r R r d R δ （1）一般情况下d R>>，则利用二项式定理并忽略d的高次项，于是有

??? ? ??+++=? ??? ??+-++?+=)(12)(816)(2)(4222 22222222222 2 r R R dr r R dR r R d R r R d Rd r R δ （2）所以 )sin 1(cos 22θθδR d d + = （3）由式(3)可知： 1. 0=θ，此时光程差最大，d 2=δ，即圆心所对应的干涉级最高。旋转微调鼓轮使M 1移动，若使d 增加时，可以看到圆环一个个地从中心冒出，而后往外扩张；若使d 减小时，圆环逐渐收缩，最后消失在中心处。每“冒出”(或“消失”)一个圆环，相当于S 1、S 2′的距离变化了一个波长λ大小。如若“冒出”(或“消失”)的圆环数目为N ，则相应的M 1镜将移动Δd ，显然： N d /2?=λ （4）从仪器上读出Δd 并数出相应的N ，光波波长即能通过式(4)计算出来。 2. 对于较大的d 值，光程差δ每改变一个波长所需的θ的改变量将减小，即两相邻的环纹之间的间隔变小，所以，增大d 时，干涉环纹将变密变细。五、实验步骤六、实验数据处理（整理表格、计算过程、结论、误差分析）： m m 105-5?=?仪 N=30

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

迈克尔逊干涉仪实验报告南昌大学

南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：迈克尔逊干涉仪学院：机电工程学院专业班级：能源与动力工程162班学生姓名：韩杰学号： 51 实验地点：基础实验大楼座位号：

再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。 G2为补偿扳，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，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。（2）粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，□□由读数窗口内刻度盘读出。（3）微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即可动全反镜移动0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。△△△由微动手轮上刻度读出。注意螺距差的影响。激光器激光波长测试原理及方法

光程差为： 2cos d δθ= (2cos (21) ()2 k d k λδθλ ==+?? ???明纹)暗纹当θ=0时的光程差δ最大，即圆心所对应的干涉级别最高。转动手轮移动M 1，当d 增加时，相当于增大了和k 相应的θ角（或圆锥角），可以看到圆环一个个从中心“冒出” ；若d 减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M 1与M 2 ’之间距离变化了半个波长。若将M 1与M 2 ’之间距离改变了△d 时，观察到N 个干涉环变化，则 2 d N λ ?=? 或 2d N λ?= 由此可测单色光的波长。 4.钠双线波长差的测量原理和测量方法从条纹最清晰到条纹消失由于M 1移动所附加的光程差： 1212()m L k k λλ==+ 钠双线波长差:2 2m L λλ?= L m 是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M 1所移动的距离。二、实验仪器：迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器、钠光灯、扩束镜

迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告

测量空气折射率实验报告一、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； M1可以移动，M2固定。2 M '表示M2对G 金属膜的虚像。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。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δ为 )(22211L n L n -=δ （1）式中，1n 和2n 分别是路程1L 、2L 上介质的折射率。 M 2M 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图

设单色光在真空中的波长为λ，当 ,3 ,2 ,1 ,0 ,==K K λδ （2）时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。由式（1）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。当1L 支路上介质折射率改变1n ?时，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为N 。由（1）式和（2）式可知 1 12L N n λ = ? （3）例如：取nm 0.633=λ和mm L 1001=，若条纹变化10=N ，则可以测得 0003.0=?n 。可见，测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数N ，就能测出光路中折射率的微小变化。正常状态（Pa P C t 501001325.1,15?==）下，空气对在真空中波长为 nm 0.633的光的折射率00027652.1=n ，它与真空折射率之差为 410765.2)1(-?=-n 。用一般方法不易测出这个折射率差，而用干涉法能很方便地测量，且准确度高。四、实验装置：实验装置如图2所示。用He-Ne 激光作光源（He-Ne 激光的真空波长为 nm 0.633=λ），并附加小孔光栏H 及扩束镜T 。扩束镜T 可以使激光束扩束。小孔光栏H 是为调节光束使之垂直入射在M1、M2镜上时用的。另外，为了测量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室，其长度为L 。气压表用来测量气室内气压。在O 处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。图2 测量空气折射率实验装置示意图气压表