§14-5迈克尔孙干涉仪
迈克尔逊干涉仪的调节与使用 演示文稿
i i i
n1 n
M
三、实验测量原理
在迈克尔逊干涉仪中产生的 干涉相当于厚度为d 的空气薄膜所 产生的干涉，当M1与M2垂直时， 即M1与M2′平行时，可以观察到等
1 1' G G' 2 2' 2' 1' d M'2（M2的像） M1
倾干涉条纹。中心处两束相干光 的光程差为：
S
M2
δ = 2d
三、实验测量原理
思
考
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪还有没有其它的用途？
迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样 品，由条纹的变化测量有关参数，精度高。
两臂中放入空气柱，根据气压与空气密度 的关系，根据条纹的移动，测量空气密度与 空气折射率的关系。
思
考
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪还有没有其它的用途？
调出白光干涉条纹 （产生条件？如何调节？） 在光路中加入透明薄膜，移动动镜，重新 调出干涉条纹，根据动镜移动距离，推算 出薄膜折射率。 在光路中加入空气柱 ，将空气柱逐渐抽 真空， 根据干涉条纹的吞吐个数，推算 出空气折射率。
问题 1
迈克尔逊干涉仪
动镜移动时，条纹变化有何规律？
光程差减小，条纹陷入； 光程差增大，条纹冒出。
问题 2
迈克尔逊干涉仪
动镜移动时，条纹清晰度变化有何规律？
光程差减小，清晰度提高； 光程差增大，清晰度减小。
问题 3
条纹清晰度变化产生原因？
迈克尔逊干涉仪
钠黄光存在两种波长成分。
根据条纹清晰度近周期变化 测量钠黄光波长差
∆B =
0.0001 mm , 3
∆ = ∆A 2 + ∆B 2
再计算λ的不确定度∆λ
(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
结构出现多种形式。
在图（1）中：S 为光源，A 为半
镀银板（使照在上面的光线既能反射又
能透射，而这两部分光的强度又大致相
等），C、D 为平面反射镜。
光源 S 发出的 He-Ne 激光经会聚
透镜 L 扩束后，射向 A 板，在半镀银
面上分成两束光：光束 1 受半镀银面反
射折向 C 镜，光束 2 透过半镀银面射
图4 3、白光干涉条纹（彩色条纹）
o
因为干涉花纹的明暗决定光程差与波长的关系，比如说当程差是 15200 A 时，这刚好是
o
红光（7600 A ）的整数倍，满足亮纹的公式（1），可看到红的亮干涉条纹，可是它对绿光
o
（5000 A ）就不满足，所以看不到绿色的亮纹，用白光光源，只有在 d=0 的附近（几个波 长范围内）才能看到干涉花纹，在正中央 C、D’交线处（d=0），这时对各种波长的光来说，
图 5 迈克耳孙干涉仪结构
在仪器中，A、B 二板已固定好（A 板后表面——靠 B 板一方镀有一层银），C 镜的位置
可以在 AC 方向调节，其 D 镜的倾角可由后面的三个螺丝调节，更精细地可由 E、F 螺丝调
节，鼓轮 G 每转一圈 C 镜在 AB 方向平移 1mm，鼓轮 G 每一圈刻有 100 个小格，故每走一
61
光束垂直干涉仪主尺与分束板成 45。。看激光器阴极发出的红花，光点是否在分束板及C、
D镜的正中，若不在，要适当调整激光器下的升降台高度及方位。再观察屏l上的D和C镜的
两个反射点是否重合。（眼不能正对光点）
若不重合，可以调节 C、D 镜后面的螺钉。
（3）C、D 二镜反射光点重合后，在光源至 A 板之间加上扩束镜（注意等高、共轴）使其
【学习要求】
迈克尔逊干涉仪
M K
M J
（1-1）
式中，K为弹簧的扭转常数，根据转动定律 式中，J为物体绕转轴的转动惯量，β为角加速度， 由上式得
K
2 令 J
M J
（1-2）
，忽略轴承的磨擦阻力矩，由（1-1）、（1-2）得
d 2 K 2 2 dt J
为光线的入射角，d为空气层的厚度。
当M1、M2‘平行时将产生等厚干涉
a
M1 M2/
M1与M2/不平行，条纹定域在空气锲表面或附近。若 d很小，则条纹为直线（如尖劈实验），且平行于M1与 M2/的交线。若d变大，则条纹变为弧线（如牛顿圈实验 ）。 第k级亮条纹满足：kλ =2dcos 。
4.点光源产生的非定域干涉条纹的形成
水平拉簧 手轮
垂直拉簧 鼓轮
标尺
主尺读数
光路原理图
d
M2 ' M1
2
G1
G2
1
M2激Biblioteka 器半透半 反膜1’
2’
补偿板
迈克耳逊干涉仪产生的干涉，与M1、M2之间的空气薄膜产生的干涉一样。
2. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
M1、M2为两垂直放置的平面反射镜，分别固定在两个垂直的臂上。G1、 G2平行放置，与M2固定在同一臂上，且与M1和M2的夹角均为45度。M1
数学方法计算其转动惯量是相当困难的，通常要用实
验的方法来测定其转动惯量。
实验目的
1、了解用扭摆测量弹簧扭转常数的方 法； 2、掌握形状规则和形状不规则几何体 (刚体)转动惯量的测量方法。 3、验证转动惯量平行轴定理。
实验内容
• 1. 用扭摆测定几种不同形状物体 的转动惯量和弹簧的扭转常数，并 与理论值进行比较。
迈克尔逊干涉仪
对于牛顿环中玻璃和 空气的界面来说
I反射 I透射 I2 I3
I5 I4
n n
1
2
S
●
1
2
n1
A
n2
3 C
d
n1
BE 5 4
一，透镜不引起
附加光程：不同光线通过透镜要改变传播方向，
不会引起附加光程差
Aa
Bb
Cc
A、B、C 的相位
F 相同，在F点会聚，
互相加强
可见 A、B、C 各点到F不点同的光程都相等。
Imin I1 I2 2 I1I2
V I max I min I max I min
Imax I1 I2 2 I1I2
Imin I1 I2 2 I1I2
V 4 I1I2
2
I2
I1
2 I2 I1
2(I1 I2 ) 1 I2 I1 1 ( I2 I1 )2
半透半反膜
M2 2 M1 G1 G2 M1
1
2 1
E
1907年，迈克耳逊获得诺贝尔奖
例1
M2
如图在光路2中，
插入厚度为h 的玻璃板， 已知测得条纹冒出的数目为N， S
2
G1 G2 M1
1
所用光源的波长为λ，
求玻璃的折射率n
解：
半透半反膜
插入厚度为h 的玻璃板
2 1
E
使的光束2要比光束1多走一段光程，
I I1 I2 2 I1I2 cos
2 1 (k1r1 k2r2 )
I1、I2 为两束光的光强，不随空间位置而变化
为相遇处两束光的相位差，
空间不同处， 不同
光学—迈克尔逊干涉仪
摘要：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。
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。
关键字：迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器及电源，扩束镜（凸透镜），挡光片一片，升降台，玻璃板，白光光源。
一、迈克尔逊干涉仪工作原理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。
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。
如果要观察白光的干涉条纹，臂基本上完全对称，也就是两相干光的光程差要非常小，这时候可以看到彩色条纹；假若M1或M2有略微的倾斜，就可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称的彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。
高二物理竞赛迈克尔逊干涉仪PPT(课件)
1距92离光7年 变国化程际时会干议涉差规条定纹的：的移任动 何变化都要引起条纹的移动，可以根据条
纹的移动进行各种测量 移动导轨
距离变化时干涉条纹的移动
当 不垂直于 时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.
14 - 5 迈克耳孙干涉仪
第十七章 波动光学
二 迈克耳孙干涉仪
反射镜 视场中将看到一条条纹移过。
M2
第十七章 波动光学
迈克尔孙干涉仪的主要特性
两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜 或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.
移动反射镜
M' 1
M2
d
d
G1
G2
M1
14 - 5 迈克耳孙干涉仪
第十七章 波动光学
➢ 距离变化时干涉
当 M 2 与 M 1 平行
条纹的移动
时，之间距离变大时 ，
圆形干涉条纹从中心一
源 光程差的任何变化都要引起条纹的移动，可以根据条纹的移动进行各种测量
当 不垂直于 时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.
M1
视场中将看到一条条纹移过。
分光板 G 迈克尔孙干涉仪的主要特性
1、利用波的干涉效应进行测量的装置。
1
补偿板 G 2
G1//G2 与 M1,M2 成 45 0角
14 - 5 迈克耳孙干涉仪
的像 M 1
M' 1
反射镜 M 2
单 色 光 源
G1
形成圆环状的等倾干 涉条纹
第十七章 波动光学
d
M1 M2
反 射 镜
G2
M1
14 - 5 迈克耳孙干涉仪
M' 1
反射镜 M 2
第十七章 波动光学
当 M 1不垂直于M 2
高二物理计划利用迈克耳孙干涉仪测量光的折射率
高二物理计划利用迈克耳孙干涉仪测量光的折射率利用迈克耳孙干涉仪测量光的折射率是物理实验中常见的实验方法，旨在通过干涉现象来确定光在不同介质中的折射率。
本文将介绍迈克耳孙干涉仪的原理、实验操作步骤及实验结果分析。
一、迈克耳孙干涉仪原理迈克耳孙干涉仪是一种基于干涉现象测量光的相位差的仪器。
它由一束单色光、两个平行的玻璃片和一片厚度可调的透明物体组成。
当光线从一个介质射向另一个介质时，会发生折射现象，导致相位差。
利用迈克耳孙干涉仪可以通过调整其中一块玻璃片与透明物体之间的距离，观察干涉条纹的变化，从而计算得到光的折射率。
二、实验操作步骤1. 准备实验所需材料：迈克耳孙干涉仪、光源、标定物体（如气泡级液体）、调节装置等。
2. 将迈克耳孙干涉仪放置在稳定的台架上，并调整其水平。
3. 打开光源，将光线通过准直系统射入迈克耳孙干涉仪，保证光线严格平行。
4. 调节仪器，使两个平行的玻璃片与透明物体之间保持恒定的距离。
5. 观察干涉条纹，在每个位置记录干涉条纹的变化情况。
6. 将实验数据整理并计算得到光的折射率。
三、实验结果分析通过实验测量得到的干涉条纹数据，我们可以计算得到光的折射率。
具体计算方法如下：1. 假设光线从空气射入玻璃片，经透明物体后再进入玻璃片。
利用光的反射和折射规律，可以得到光的相位差与透明物体与玻璃片之间的光程差之间的关系式。
2. 将实验中测得的光程差代入上述关系式，可以计算得到相位差的数值。
3. 折射率的计算公式为n=λ/(2d*sinθ)，其中λ为光的波长，d为透明物体与玻璃片之间的距离，θ为光线与透明物体的夹角。
4. 代入实验测得的数据，可以计算得到光的折射率。
在实验过程中，需要注意以下几点：1. 确保实验环境稳定，避免外界光线的干扰。
2. 在调整仪器时，要小心操作，防止误伤仪器和自己。
3. 在记录实验数据时，要准确记录每个位置的干涉条纹情况。
总结：利用迈克耳孙干涉仪测量光的折射率是一种常用的物理实验方法。
- 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)。
M'2 M1
d
移动反射镜
d
d k
M1
移 动 距 离
2
G1
G2
M2
干涉 条纹 移动 数目
太原理工大学物理系
M'2 M1
d
光程差
2d
插入介质片后光程差
M 2 ' 2d 2(n 1)t n
光程差变化
G1
G2
t
2(n 1)t k
' 2(n 1)t
相应的有N个条纹移动
则有 2(n-1)d＝Nλ
太原理工大学物理系
§14-5 迈克耳逊干涉仪 M1和M2为平面反射镜。 G1和G2是材料相同厚薄均 匀且相等的平行玻璃片。在 G1下底面上度有半透明的薄 s 银层，G2起补偿光程作用， 叫补偿板。若M1和M2不严 与M2之间形成 格垂直， M1 一空气劈尖，产生干涉等厚 条纹。
M1
M2 2
M1
G1
L
G2
1
2 1
介质片厚度
干涉条纹移动数目 太原理工大学物理系
k t n 1 2
在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入 l 10 .0cm 长的玻璃管，其中一个抽成真空，另 5 一个则储有压强为 1.01310 Pa 的空气 ,用以测 量空气的折射率 n . 设所用光波波长为546nm， 实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气 ，直至 5 1 . 013 10 Pa 为止 . 在此过程中 ， 压强达到 观察到107.2条干涉条纹的移动，试求空气的折射 率 n . 解
例1
2(n 1)l 107 .2
107.2 107.2 54610 cm n 1 1 2l 2 10.0cm
7
1.00029
太原理工大学物理系
例2 在迈克尔孙干涉仪的一条光路中，放入一折 射率为n，厚度为d的透明薄片，问：放入薄片后， 这条光路的光程改变了多少？ 解：光程差改变了2(n-1)d
迈克耳逊干涉仪光路图
太原理工大学物理系
当 M1不垂直于 M 2时可形成劈尖型等厚干涉条纹.
M'2
反射镜 M1
单 色 光 源
G1
G2
M 2 反射镜
太原理工大学物理系
当M1垂直于 M 2时可形成等倾干涉条纹.
M 2 的像 M'2
反射镜 M1
d
单 色 光 源
G1
G2
M 2 反射镜
太原理工大学物理系
迈克尔孙干涉仪的应用 两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或 在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差 .