实验6-5-迈克尔逊干涉仪的原理与使用
(大物实验)迈克尔孙干涉仪实验
大学物理实验迈克尔孙干涉仪一．实验原理1．迈克尔孙干涉仪的结构和原理2. 点光源产生的非定域干涉即M1和M2之间的距离每改变半个波长，其中心就“生出”或“消失”一个圆环。
两平面反射镜之间的距离增大时，中心就“吐出”一个个圆环。
反之，距离减小时中心就“吞进”一个个圆环，同时条纹之间的间隔（即条纹的稀疏）也发生变化。
由式可知，只要读出干涉仪中M1移动的距离△h和数出相应吞进（或吐出）的环数就可求得波长。
3. 条纹的可见度利用上式可测出纳黄光双线的波长差4. 时间相干性问题长差越小，光源的单色性越好，相干长度就越长，所以上面两种解释是完全一致的。
t m则用下式表示钠光灯所发射的谱线为589.0nm与589.6nm，相干长度有2cm。
氦氖激光器所发出的激光单色性很好，其632.8nm的谱线，只有10-14~10-7nm，相干长度长达几米到几公里的范围。
对白光而言，其和λ是同一数量级，相干长度为波长数量级，仅能看到级数很小的几条彩色条纹。
5．透明薄片折射率（或厚度）的测量（1）白光干涉条纹（2）固体透明薄片折射率或厚度的测定当视场中出现中央条纹之后，在M1与A之间放入折射率为n、厚度为l的透明物体，则此时程差要比原来增大因而中央条纹移出视场范围，如果将M1向A前移d，使，则中央条纹会重新出现测出d和l求出折射率n。
二．实验步骤1.测量He-Ne激光的波长①调整好干涉仪，为实验做好准备。
②打开He-Ne激光器，在光源前放一小孔光栏，调节M2上的三个螺钉，从小孔初设的激光束，经M1，M2反射后，在观察屏上重合。
③去掉小孔光栏，换上焦距透镜而使光源成为发散光束，在两光程差不太大时，在毛玻璃屏上即可观察到干涉条纹，轻轻调节M2后的螺钉，应出现基本在中心的圆纹。
④测量He-Ne激光的波长。
轻轻转动微动转轮，移动M1，中心每出生或吞进n个条纹，记下移动的距离，用公式2h/n求出波长。
2.测量钠波波长，波长差及相干长度①波长测量同激光波长的测量②慢慢移动M1，增加光程差，条纹可见度下降，乃至看不清，测出两不可见位置的距离差L=t1-t2，即可求出波长。
迈克尔逊干涉仪实验原理
迈克尔逊干涉仪实验原理
迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象测量光的波长、光速等物理量的仪器。
该实验传统上采用的是半透半反射镜和平面镜构成的光路，分别称为分束器和合束器。
实验步骤如下：
1. 将光源（通常为单色光源）通过准直透镜射入干涉仪的分束器，使光射向半透半反射镜。
2. 半透半反射镜将光分为两束，一束经过反射进入合束器，一束经过透射继续直射。
3. 合束器的反射面上放置一物镜，其作用是将两束光重新合成为一束光。
4. 在光路上放置一干涉标样（如干涉膜），使光束被分为两条，并在合束时产生干涉现象。
5. 在干涉现象出现的区域，采用移动合束器的方法，使得两束光的光程差达到最大或最小。
6. 测量在最大或最小光程差时，移动的距离，即为干涉条纹的间距。
根据干涉条纹的间距，可以计算出空气中的光的波长。
7. 通过改变光路长度，可以测量光速等物理量。
迈克尔逊干涉仪实验原理的最重要特点是其准确性和灵敏度高。
通过调整干涉仪的光路，可以使干涉现象的条纹清晰可见，从而准确测量光的波长和光速。
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告实验目的：
1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理和结构。
2. 学习如何使用迈克尔逊干涉仪进行干涉实验。
3. 掌握干涉仪的调整和操作方法。
实验设备和材料：
1. 迈克尔逊干涉仪。
2. 激光光源。
3. 反射镜。
4. 透镜。
5. 干涉条纹观察屏。
6. 调节螺钉。
实验步骤：
1. 将激光光源对准迈克尔逊干涉仪的光路。
2. 调节反射镜和透镜，使光线垂直射入干涉仪。
3. 观察干涉条纹在观察屏上的表现。
4. 调节干涉仪的调节螺钉，改变干涉条纹的间距和形状。
5. 记录观察到的干涉条纹情况。
实验结果：
通过调节干涉仪的反射镜和透镜，成功观察到了清晰的干涉条纹。
随着调节螺钉，干涉条纹的间距和形状发生了变化，验证了干涉仪的原理和调节方法。
实验总结：
通过本次实验，我对迈克尔逊干涉仪的原理和使用方法有了更
深入的了解。
在实验中，我学会了如何调节干涉仪的光路，观察干
涉条纹，并记录实验结果。
这些都对我今后的光学实验和研究工作
有着重要的参考价值。
同时，我也意识到在实验中需要细心和耐心，才能获得准确的实验结果。
希望通过今后的实验继续提高自己的实
验操作技能和科研能力。
实验6-5迈克尔逊干涉仪的原理与使用
实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用一．实验目的（1）.了解迈克尔逊干涉仪的基本构造，学习其调节和使用方法。
（2）.观察各种干涉条纹，加深对薄膜干涉原理的理解。
（3）.学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。
二．实验原理1.迈克尔逊干涉仪光路如图所示，从光源S 发出的光线经半射镜的反射和透射后分为两束光线，一束向上一束向右，向上的光线又经M1 反射回来，向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来在半反射镜处被再次反射向下，最后两束光线在观察屏上相遇，产生干涉。
2.干涉条纹（1）.点光源照射——非定域干涉如图所示，为非定域干涉的原理图。
点S1是光源相对于M1的虚像，点S2’是光源相对于M2所成的虚像。
则S1、S2`所发出的光线会在观察屏上形成干涉。
当M1和M2相互垂直时，有S1各S2`到点A 的光程差可近似为：i d L cos 2=∆ ①当A 点的光程差满足下式时λk i d L ==∆cos 2 ②A 点为第k 级亮条纹。
由公式②知当i 增大时cosi 减小，则k 也减小，即条纹级数变高，所以中心的干涉条纹的级次是最高的（2）扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃，则形成扩展光源，此时形 成的干涉为定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。
①．M1与M2严格垂直时，这时由于d 是恒定的，条纹只与入射角i 在关，故是等倾干涉②．M1与M2并不严格垂直时，即有一微小夹角，这种干涉为等厚干涉。
当M1与M2夹角很小，且入射角也很小时，光程差可近似为)21(2)2sin 1(2cos 222i d i d i d L -≈-=≈∆③ 在M1与M2`的相交处，d ＝0，应出现直线条纹，称中央条纹。
3.定量测量（1）.长度及波长的测量由公式②可知，在圆心处i=00, cosi=1,这时 λk d L ==∆2 ④从数量上看如d 减小或增大N 个半波长时，光程差L ∆就减小或增大N 个整波长，对应就有N 条条纹缩进中心或冒出。
6- 迈克尔逊干涉仪实验报告
6- 迈克尔逊干涉仪实验报告引言：干涉是光学实验中的一种重要现象。
其中迈克尔逊干涉仪是一种利用分束器将光分为两路走不同路程，再合成的干涉仪。
本实验目的是通过迈克尔逊干涉仪对光的相位干涉进行实验研究，探究其在科学研究和实际应用中的作用。
实验仪器与实验原理：迈克尔逊干涉仪的主要组成部分为分束器、反射镜、透镜和检波器。
分束器将光分成两路光，在反射后分别经过不同的光程后，再合成在一个光学环境中，形成干涉条纹，进而研究光的相位差。
本实验选用的迈克尔逊干涉仪光路如下：（1）准直光：由汞灯发出，经过凸透镜后成为平行光线。
（2）平板玻璃片：用于将平行光分成两束相互垂直地经过反射镜反向传播。
（3）待测物：常用的待测物为透明薄板。
（4）反射镜：反射光线使其改变方向。
（5）合成反射光：在两路光线进入存在相位差干涉的区域后，在反射镜上反射成为一路光线，进而在检测屏幕上产生干涉条纹。
实验步骤与实验结果：1. 线性度检查：使反射镜沿着检测屏幕方向移动，即保证反射镜像中心移动时干涉条纹线性分布。
结果：移动100次反射镜，干涉条纹线性，线间距与波长λ比例大小相等。
2. 确定干涉璀璨：注入汞灯光源，调整两个反射镜，使其距离相等，透射光线相遇前的光程相等，令条纹体现出明暗相间的亮度。
结果：明暗干涉线段发生变化的能量必须尽可能小。
3. 确定空气中两路光线的光程差：沿反射镜上下调节反射镜距离微调干涉条带展宽，经过微调后能够看到一阶条纹明暗相间的情况，再微一点可见的一级条带左端和右端的加亮区域刚开始相接收阻塞，当这一加亮区第一次完全保持不变，即表示第一阶的加亮区“连接”在一起，这时记下此时反射镜之间距离。
据相邻条带间差一现象可知，一阶干涉级别条纹宽度为λ /2 。
结果：空气中两路光线光程差为λ/2。
4. 确定疏水中两条光线的光程差：采用疏水薄板作为干涉片。
一级干涉条纹宽度为λ /2 ，得出空气中两路光线光程差λ/2，薄板厚度（光程差）d，直接得到疏水的折射率n（n ≌ 1.33）：n = d / λ 。
迈克尔逊干涉仪实验
接收屏 平面镜 M 2 补偿板 分光板 平面镜 M1
粗动手轮
微动手轮
微调螺丝
M1
d
M 2
S光源
分光板
补偿板
M2
G1
G2
P
迈克耳逊干涉仪原理图
S光源，P观察屏，G1、G2为材料厚度相同的平行 板，G1为分光板，其后表面为镀银的半透半反膜，以 便将入射光分成振幅近乎相等的反射光和透射光。G2 为补偿板，它补偿了反射光和透射光的附加光程差。 M1、M2是相互垂直的平面反射镜， M2'是M2的虚 象。这两束光波分别在M1、M2上反射后逆着各自入 射方向返回，最后都到达P处形成干涉条纹。
线黑纹，即中央暗纹，两边 是对称分布的彩色条纹。
图4 白光干涉条纹
【实验内容】
1、每“吞进”30个条纹测一次，连续测5次。 2、每“吐出”30个条纹测一次，连续测5次。
【数据处理】
1、计算波长，计算相对误差，正确表示测量结果。
注：理＝632.8nm
迈克耳孙干涉仪实验数据记录表：（每次30个条纹）
大学物理实验 ——
迈克尔逊干涉仪实验
【实验原理】
1、迈克尔逊干涉仪结构原理
迈克尔逊干涉仪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。若观察到的干涉条纹移动一条，便 是平面镜 M1 的动臂移动量为λ/2，等效于 M与1 M2 的像之间的空气膜厚度改变λ/2。
移动M1，改变干涉间距，可观察到干涉条纹随之 改变。二平面反射镜之间距离增大时，中心就“吐 出”一个个圆环；距离减少时，中心就“吞进”一 个个圆环。
2、点光源产生的非定域干涉
一个点光源S产生的光束经
实验6-5迈克尔逊干涉仪的原理与使用
实验6-5迈克尔逊干涉仪的原理与使用一、协议关键信息1、实验目的：深入理解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其使用方法，并进行相关实验测量。
2、实验设备：迈克尔逊干涉仪、光源、观察屏等。
3、实验步骤：仪器调整与校准。
测量干涉条纹的变化。
数据记录与处理。
4、安全注意事项：操作时避免碰撞仪器。
注意光源的使用安全。
二、协议内容11 引言本协议旨在规范和指导实验人员对迈克尔逊干涉仪的原理理解和使用操作，确保实验的准确性和安全性。
111 实验背景迈克尔逊干涉仪是一种用于精密测量光的波长、折射率等物理量的重要光学仪器。
通过对干涉条纹的观察和分析，可以获取有关光的特性和物质的光学参数等信息。
112 实验原理迈克尔逊干涉仪基于光的干涉原理工作。
由光源发出的光经过分光板分成两束，一束反射到固定反射镜，另一束透过分光板到达可移动反射镜。
两束光反射后重新在分光板处会合，产生干涉条纹。
干涉条纹的间距和形状取决于两束光的光程差。
12 实验设备与材料121 迈克尔逊干涉仪：包括分光板、固定反射镜、可移动反射镜、微调装置等。
122 光源：通常为单色光源，如氦氖激光器。
123 观察屏：用于观察干涉条纹。
124 测量工具：如游标卡尺、直尺等，用于测量可移动反射镜的移动距离。
13 实验准备131 检查仪器：确保迈克尔逊干涉仪各部件完好，无松动和损坏。
132 清洁光学元件：使用专用的清洁工具轻轻擦拭分光板、反射镜等光学元件，以保证良好的透光和反射性能。
133 调整仪器水平：使用水平仪调整干涉仪的底座，使其处于水平状态，以保证测量的准确性。
14 实验步骤141 仪器调整与校准粗调：使固定反射镜和可移动反射镜大致与分光板成 45 度角，通过观察屏上的光斑，调整反射镜的位置，使两束光大致重合。
细调：使用微调装置，仔细调整可移动反射镜，直到在观察屏上看到清晰的干涉条纹。
142 测量干涉条纹的变化缓慢移动可移动反射镜，观察干涉条纹的移动方向和间距变化。
实验六--迈克尔逊干涉仪的调整和使用
实验六 迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验性质：综合性实验 教学目的和要求：1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法；2. 观察等倾干涉条纹的特点；3. 测定He-Ne 激光的波长。
教学重点与难点：对迈克尔逊干涉仪的工作原理与等倾干涉概念的理解；本实验仪器的正确调节与使用以及正确记录有效数字。
一．检查学生的预习情况检查学生预习报告:内容是否完整，表格是否正确。
二．实验仪器和用具：迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器、毛玻璃屏 三．讲解实验原理：（一）实验仪器介绍1. 迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的构造如图33-1。
其主要由精密的机械传动系统和四片精细磨制的光学镜片组成。
1G 和2G 是两块几何形状、物理性能相同的平行平面玻璃。
其中1G 的第二面镀有半透明铬膜，称其为分光板，它可使入射光分成振幅（即光强）近似相等的一束透射光和一束反射光。
2G 起补偿光程作用，称其为补偿板。
1M 和2M 是两块表面镀铬加氧化硅保护膜的反射镜。
2M 是固定在仪器上的，称其为固定反射镜，1M 装在可由导轨前后移动的拖板上，称其为移动反射镜。
迈克尔逊干涉仪装置的特点是光源、反射镜、接收器（观察者）各处一方，分得很开，可以根据需要在光路中很方便的插入其它器件。
1M 和2M 镜架背后各有三个调节螺丝，可用来调节21M M 和的倾斜方位。
这三个调节螺丝在调整干涉仪前均应先均匀地拧几圈（因每次实验后为保证其不受应力影响而损坏反射镜都将调节螺丝拧松了），但不能过紧，以免减小调整范围。
同时也可通过调节水平拉簧螺丝与垂直拉簧螺丝使干涉图像作上下和左右移动。
而仪器水平还可通过调整底座上三个水平调节螺丝来达到。
图11 ——主尺2 ——反射镜调节螺丝3 ——移动反射镜1M4 ——分光板1G5 ——补偿板2G6 ——固定反射镜2M7 ——读数窗 8 ——水平拉簧螺钉 9 ——粗调手轮10——屏11——底座水平调节螺丝确定移动反射镜1M 的位置有三个读数装置：①主尺——在导轨的侧面，最小刻度为毫米，如图：②读数窗——可读到0.01mm，如图：③带刻度盘的微调手轮，可读到0.0001mm，估读到105 mm，如图：2.迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路如图2。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用
一．实验目的
（1）.了解迈克尔逊干涉仪的基本构造，学习其调节和使用方法。
（2）.观察各种干涉条纹，加深对薄膜干涉原理的理解。
（3）.学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。
二．实验原理
1.迈克尔逊干涉仪光路
如图所示，从光源S 发出的光线经半射镜
的反射和透射后分为两束光线，一束向上
一束向右，向上的光线又经M1 反射回来，
向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来
在半反射镜处被再次反射向下，最后两束光线在
观察屏上相遇，产生干涉。
2.干涉条纹
（1）.点光源照射——非定域干涉
如图所示，为非定域干涉的原理图。
点S1是光源
相对于M1的虚像，点S2’是光源相对于M2所成
的虚像。
则S1、S2`所发出的光线会在观察屏上形
成干涉。
当M1和M2相互垂直时，有S1各S2`到点A 的
光程差可近似为：
i d L cos 2=∆ ①
当A 点的光程差满足下式时
λk i d L ==∆cos 2 ②
A 点为第k 级亮条纹。
由公式②知当i 增大时cosi 减小，则k 也减小，即条纹级数变高，所以中心的干涉条
纹的级次是最高的
（2）扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃，则形成扩展光源，此时形 成的干涉为定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。
①．M1与M2严格垂直时，这时由于d 是恒定的，条纹只与入射角i 在关，故是等倾干
涉
②．M1与M2并不严格垂直时，即有一微小夹角，这种干涉为等厚干涉。
当M1与M2夹
角很小，且入射角也很小时，光程差可近似为
)21(2)2sin 1(2cos 222
i d i d i d L -≈-=≈∆③ 在M1与M2`的相交处，d ＝0，应出现直线条纹，称中央条纹。
3.定量测量
（1）.长度及波长的测量
由公式②可知，在圆心处i=0
0, cosi=1,这时 λk d L ==∆2 ④
从数量上看如d 减小或增大N 个半波长时，光程差L ∆就减小或增大N 个整波长，对应
就有N 条条纹缩进中心或冒出。
即2λ
N d =∆
这时数出N 的数，就可求得d ∆。
反之，如果测出d ∆，并数出条纹变化数N ，就可测出光源的波长。
（2）.两谱线精细结构的测量
形成暗条纹的条件是
2)12(cos 2λ
+==k i d ⑤
如果光源为非单色光，而是含有两个相邻的波长λ1、λ2，且λ1>λ2，则两种波长的
光形成的干涉条纹位置不同。
当移动平面镜M1与M2`间距为d1时，会出现波长
λ1的k1级明条纹与波长
λ2级暗条纹位置重合，这时条纹的对比度最小，有 λλ22111)21(2+==k k d ⑥
当M1继续移动时，两个重合的条纹慢慢错开，条纹的对比度又继续增加，当条纹的对比度再次最小时，有
221
212)1()(2λ+++=+=k k k k d ⑦
式⑦减去⑥得
2112)1()(2λλ+==-k k d d ⑧
令12d d d -=∆，同时，当λ1、λ2很接近时，取221_λλλ+=或21λλ则
d ∆=-=∆-2221λλλλ ⑨
由上式可知，如果平均波长已知，只需在干涉仪上测出连续两次对比度最小时M1的位置，即可求得该光波的波长差λ∆。
（3）.均匀透明介质的折射率或厚度测量
定域干涉的等厚干涉现象，干涉条纹的明暗和间隔与波长有关。
当用白光扩展光源时，不同波长所产生的干涉条纹明暗相互交错重叠，所以一般中能在中心条纹两旁看到对称的几条彩色的直条纹，稍远就看不见干涉条纹了。
利用这一待点，可以测量均匀透明介质的折射率或厚度。
光通过折射为n 、厚度为l 的透明介质时，其光程比通过同厚度的空气层要大l(n-1)。
当白光干涉的中央条纹出现在干涉仪的平面镜M1中央后，如果在G1与M1间插入一折射率为n 、厚度为l 的均匀薄玻璃片，则经M1与M2反射相健美操的两光束获得的附加光程差为 )1(2`-=∆n l
由于附加光程差的影响，使得白光干涉中央条纹位置发生变化，条纹模糊。
档案库将平面镜1向G1方向移动一段距离，满足2`
∆=∆d ，则白光干涉中央条纹将重新回到原来位置。
这时 2`
∆=∆d ＝l (n-1)
根据上式，测量平面镜1前移的距离d ∆，就可以测量薄玻璃片的厚度l 或折射率n 。
三．实验器材
迈克尔逊干涉仪及附件，He-Ne 激光器，扩束镜，光源等。
四．实验内容
1. 必做内容
（1）.干涉仪的调节
调节干涉仪使在观察屏上可看到干涉条纹。
再调拉簧螺丝，使干涉条纹处于光场
中心，则M1与M2`完全平行。
（2）.观察与分析He-Ne 激光的非定域干涉现象，并测量激光波长。
1) 观察M1与M2严格垂直产生等倾干涉时，d ≈0情况的干涉条纹及前后移动平面
镜M1时条纹的变化情况。
2) 移动观察屏的位置，观察条纹是否都清晰，扒断干涉条纹是否定域。
3) 按2λ
N d =∆测量波长，N 要大于50.
4) 观察M1与M2不严格垂直时等厚干涉的条纹。
2．选做内容
（1）用钠黄光与毛玻璃形成扩展光源，观察分析定域干涉现象，并测量钠黄光谱线的波长差。
1) M1与M2严格垂直产生等倾干涉时，在原观察屏上能否观察到干涉条纹？
去掉观察屏用眼睛直接观察能否看到干涉条纹？解释原因。
2) 观察在移动平面镜M1时，干涉条纹由清晰变模糊，由模糊再变清晰的周
期过程，解释原因，同时测量其周期d ∆。
3) 按式d ∆=-=∆-2221λλλλ求出钠黄光的波长差。
4) 观察M1与M2不严格垂直时的现象。
（2）白光干涉现象的观察，并设计出以下内容的测量方法：
1) 测量平板玻璃折射率。
2) 测量滤光片的中心波长0λ和半通带宽度λ∆。