合肥工业大学大学物理实验本科课件-迈克耳逊干涉仪实验教案
实验四十四迈克耳逊干涉仪调节与使用讲课教案
2.根据条纹变化测量光波波长
干涉圆环中心处， 0 ，则式（44-3）可以
写成：Leabharlann 2d k（44-4）
当移动M 2 镜使d 增大时，中心圆环便一个一个
“涌出”，反之，当d 减小时，中心圆环便一
个一个“吞入”，由（44-4）可知，只要知道 移动的距 d 离 和“涌出”（或“吞入”）的条 纹数 k 目 ，便可求出光波波长。
（3）在 E处沿着 EG1M2的方向进行观察。
2.测量光波波长
（1）打开HeNe激光光源，缓慢转动仪器的微 调鼓轮，观察到视场中心圆形条纹的“涌出” 或“吞入”，即可以读数
（2）重复上述实验5次，共读出2500环。自 己设计表格记录数据，用逐差法计算 HeNe 激光的波长，最后计算测量结果的误差。
2d k
（44-5）
反之，已知光波波长 和 k ，也可求出移动 的距离，此为干涉测量长度的原理。
【实验内容】
1.仪器的调整
（1）打开光源，调整光源的水平，使入射光通 过扩束后，有较强的均匀扩展光入射到分光板
G 1上。 （2）调整粗调鼓轮，使动镜 M 2 距分光板 G 1 的距
离与定镜 M 1距 G 1的距离近似相等。
根据光的干涉加强和减弱的条件
2dcosk
时，明条纹
当 2dcos(2k1) 时，暗条纹
2
式子中 k0,1,2,L
（44-3）
由（44-3）可知： （1）当 d , 一定时
干涉级次 k 随倾角（入射角） 变化。具有相
同倾角 的所有光线的光程差 都相同，对应同
一级次 k ，故称这种干涉为等倾干涉。不同的
倾角的光对应于不同的干涉级次，于是干涉图 样是以光轴为中心的同心圆环。
《迈克尔逊干涉仪》课件
提高测量精度的措施
使用高精度仪器
选择加工精度高、装配精度高的迈克 尔逊干涉仪，能够减少仪器本身带来 的误差。
细致调整
在实验前对迈克尔逊干涉仪进行细致 的调整，确保干涉条纹完全对齐，以 减小调整误差的影响。
控制环境因素
尽可能在恒温、无气流和振动的环境 中进行实验，以减小环境因素对实验 结果的影响。
重复测量
等方面将更加智能化和自动化。
03
多功能化与拓展应用
未来迈克尔逊干涉仪将进一步拓展应用领域，不仅局限于光学和物理学
，还将应用于化学、生物学等领域，实现更多功能和应用。
THANKS
感谢观看
折射率测量
迈克尔逊干涉仪可以用于测量介质的 折射率，这对于光学玻璃、晶体等材 料的检测和表征具有重要意义。通过 干涉仪测量折射率，可以获得高精度 的结果。
光学玻璃的检测
光学玻璃的折射率
迈克尔逊干涉仪可以用于检测光学玻璃的折射率，这对于光学仪器的制造和校准具有关键作用。通过干涉仪测量 折射率，可以确保光学元件的性能和精度。
光学玻璃的均匀性
迈克尔逊干涉仪还可以用于检测光学玻璃的均匀性，即检查玻璃内部是否存在杂质或气泡。通过观察干涉条纹的 变化，可以判断玻璃的质量和加工工艺。
物理实验中的重要工具
基础物理实验
迈克尔逊干涉仪是许多基础物理实验的重要工具，如光速的测量、光的波动性研究等。通过使用迈克 尔逊干涉仪，学生可以深入理解光的干涉原理和波动性质。
暗物质与暗能量研究
迈克尔逊干涉仪可以用于寻找暗物质和暗能量的线索，帮助解决宇宙 学中的重大问题。
迈克尔逊干涉仪在技术领域的应用前景
1 2 3
量子信息技术
迈克尔逊干涉仪是量子通信和量子计算中的关键 组件，对于量子密钥分发和量子纠缠态的制备具 有重要意义。
大学物理实验迈克尔逊干涉仪讲义
⼤学物理实验迈克尔逊⼲涉仪讲义迈克尔孙⼲涉仪1881年美国物理学家迈克尔孙（A.A.Michelson）为测量光速，依据分振幅产⽣双光束实现⼲涉的原理精⼼设计了这种⼲涉测量装置。
迈克尔孙和莫雷（Morey）⽤此⼀起完成了在相对论研究中有重要意义的“以太”漂移实验。
迈克尔孙⼲涉仪设计精巧、应⽤⼴泛，许多现代⼲涉仪都是由它衍⽣发展出来的。
本实验的⽬的是了解迈克尔孙⼲涉仪的原理、结构和调节⽅法，观察⾮定域⼲涉条纹，测量氦氖激光的波长，并增强对条纹可见度和时间相⼲性的认识。
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图3.1.1-1所⽰，A和B为材料、厚度完全相同的平⾏板，A的⼀⾯镀上半反射膜，M1、M2为平⾯反射镜，M2是固定的，M1和精密丝杆相连，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。
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M1和M2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M1、M2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M1镜外，还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2，M1与M2镜所引起的⼲涉，显然与M1、M’2引起的⼲涉等效，M1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M1和M’2的距离），甚⾄可以使M1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．点光源产⽣的⾮定域⼲涉⼀个点光源S发出的光束经⼲涉仪的等效薄膜表⾯M1和M’2反射后，相当于由两个虚光源S1、S2发出的相⼲光束（图3.1.1-2）。
若原来空⽓膜厚度（即M1和M’2之间的距离）为h，则两个虚光源S 1和S 2之间的距离为2h ，显然只要M 1和M’2（即M 2）⾜够⼤，在点光源同侧的任⼀点P 上，总能有S 1和S 2的相⼲光线相交，从⽽在P 点处可观察到⼲涉现象，因⽽这种⼲涉是⾮定域的。
大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案
大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案第一篇：大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案学号：姓名：班级：迈克尔逊干涉仪教案实验题目迈克尔逊干涉仪理论部分实验性质基础物理实验实验学时1学时教师黄星教学目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构2、掌握迈克尔逊干涉仪的实验原理（等倾干涉）重点1、等倾干涉的发生条件A、平行光？不，点光源。
B、薄膜上下表面平行2、薄膜厚度的变化与条纹的关系：难点十字形光路与补偿镜：从薄膜干涉的理论，到迈克尔逊干涉仪的具体化过程备注课堂教学过程的设计一、引言迈克尔逊干涉仪的背景介绍(*引起好奇心，让人们觉得它有一定的用处，不是凭空冒出来的。
知识构建学说：新知识必须挂靠在已有的知识结构上才牢靠（技能树/科技树）)二、原理（*尽可能简洁，准确。
没有人喜欢复杂。
多问问自己，这个问题能不能简化，它引入这些复杂的东西的目的是什么？要解决什么问题？一定要这么做吗？然后你会发现，有的时候不得不这样做，这已经是最简单的理解方法了。
）（1）等倾干涉A.等倾干涉的产生条件（*前提，任何事情发生都有条件）两表面平行，垂直入射（重点），以一定角度入射（了解下即可），点光源。
（*让同学们明白为什么形成同心圆：相同倾角，反射光的光程差就相同，同一角度上要么都加强，要么都减弱）B.等倾干涉的特点薄膜厚度改变与条纹冒出数量的正比关系(*基本原理，重点)C.利用等倾干涉，我们能干什么？（*讲完理论，马上看看这个公式怎么用，什么含义，举几个简单的例子，帮助理解和加深印象）（2）从理论模型到实验的具体化A.薄膜干涉条纹的观察中遇到的困难，回答同学们的疑问，为什么是十字形的光路？为什么引入45度角的半反射镜？（重点、难点）B.为什么要在与光源平行的分光路上加一面厚玻璃？（补偿光程差）C.动态演示三、知识点的拓展(*拓展知识面，了解这个知识的用途，从而发散思维，为后面新知识的生长创造条件。
那么对于迈克尔逊干涉仪，是在大一下学期进行的，此时可能正准备学习狭义相对论的初步，那么可以往这边拓展一下,并不需要掌握，而是预热)A.迈克尔逊干涉仪的发明与作用，牛顿力学体系（伽利略变换）的问题。
物理实验教案用迈克尔逊干涉仪研究光的干涉
物理实验教案用迈克尔逊干涉仪研究光的干涉一、教学目标1.了解光的干涉现象2.掌握迈克尔逊干涉仪的原理和操作方法3.通过实验观察和分析，验证光的干涉原理二、教学准备1.迈克尔逊干涉仪主体2.透镜、光源、分束器等光学元件3.平面镜、半透镜等光学元件4.光屏5.测量工具及器材三、实验步骤与内容1.实验原理迈克尔逊干涉仪是利用光波的干涉原理来测量物体的长度或其它物理量的一种光学仪器。
通过制造两束光的干涉来实现测量目的。
可用于测定物体长度、膨胀系数、光波波长等。
迈克尔逊干涉仪由光源、分束器、光学路径差调节装置和干涉图样显示装置等部分组成。
2.实验内容（1）设置干涉条纹将光源对准分束器，利用平面镜将光路转向，将光束分成两束，其中一束投射到光屏上，调节分束器使得两束光在光屏上重合，观察干涉条纹的形成。
（2）调节干涉仪调节迈克尔逊干涉仪的干涉臂的长度，即调整平面镜的位置，使得两束光的路径差为零，观察干涉条纹的变化。
（3）更换光源使用不同的光源，观察干涉条纹的差异。
（4）气体干涉将压缩空气或其他气体置于一路径下，观察光的干涉现象。
（5）其他干涉现象进一步探究光的干涉现象，如莫尔柱、牛顿环等。
四、实验结果与分析1.实验结果根据干涉条纹的形状和观察到的干涉现象，记录实验现象。
2.实验分析根据实验结果和相关物理知识，分析干涉条纹的形成原理，光的干涉现象的解释等。
五、实验总结1.实验中遇到的问题及解决方法在实验过程中可能会遇到光线不准直、平面镜调整不准确等问题，可以通过适当调整光源、光路和光学元件的位置，使光线正常传播。
2.实验中的心得与体会通过实验学习和操作迈克尔逊干涉仪，深入理解了光的干涉现象以及干涉仪的原理和应用。
在实验中锻炼了实验操作技巧和数据处理能力。
3.实验的拓展与应用迈克尔逊干涉仪是一种重要的光学仪器，在科研和工程中有广泛的应用。
可以用于测量物体的尺寸、膨胀系数、光波波长等。
通过进一步的拓展实验，可以深入研究光的干涉原理和应用。
迈克尔逊干涉实验.ppt
2dn2cois
（5―12―1）
两束相干光明暗条件为
k
2dn2cosi (k Nhomakorabea1)2
亮 暗 （k=1，2，3，…，）（5―12―2）
（5―12―2）式中为反射光在平面反射镜M1上的反射角，为激光的波长，为空 气薄膜的折射率，为薄膜厚度。
凡相同的光线光程差相等，并且得到的干涉条纹随M1和M2＇的距离而改变。 当时光程差最大，在点处对应的干涉级数最高。由（5―12―2）式得
干扰视线，然后调整激光器或干涉仪的位置，使激
光器发出的光束经P1折射和M1反射后，原路返回到 激光出射口，这已表明激光束对分光板P1的水平方
2" 1"
向入射角为45度。
（３）调整定臂光路
将纸片从M2上拿下，遮住M1的镜面。发现从定镜M2
E
反射到激光发射孔附近的光斑有四个，其中光强最 强的那个光斑就是要调整的光斑。为了将此光斑调
N
6
ddi
N N B 0 .5
d d A
i1
61
实验注意事项
1、迈克尔逊干涉仪是精密光学仪器，各光学表面必须保持清洁，严禁 用手触摸；调整时必须仔细、认真、小心、轻缓，严禁用力过度，损坏 仪器。
2、测量时要防止引入空程误差，影响测量精度。
3、避免激光直接射入眼睛，否则可能会造成视网膜永久性的伤害。
半透半反膜
2 1 E
2dn2cois
１．用迈克尔逊干涉仪测量激光波长
迈克尔逊干涉仪的工作原理如图5—12—3所示，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。P1、P2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由精密丝杆控制，可以沿臂轴前后移动。P1的第二面上涂 有半透明、半反射膜，能够将入射光分成振幅几乎相等的反射光、透射光，所以 P1称为分光板（又称为分光镜）。光经M1反射后由原路返回再次穿过分光板P1后 成为光，到达观察点E处；光到达M2后被M2反射后按原路返回，在P1的第二面上 形成光，也被返回到观察点处。由于光在到达E 处之前穿过P1三次，而光在到达E 处之前穿过P1一次，为了补偿、两光的光程差，便在M2所在的臂上再放一个与P1 的厚度、折射率严格相同的P2平面玻璃板，满足了 、两光在到达E 处时无光程差， 所以称P2为补偿板。由于、光均来自同一光源S ，在到达P1后被分成、两光，所 以两光是相干光。 总上所述，光线是在分光板P1的第二面反射得到的，这样使M2在M1的附近（上部 或下部）形成一个平行于M1的虚像M2＇，因而，在迈克尔逊干涉仪中，自M1 、M2 的反射相当于自M1、M2＇的反射。也就是，在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉相当 于厚度为的空气薄膜所产生的干涉，可以等效为距离为2d的两个虚光源S1和S2＇ 发出的相干光束。即M1和M2＇反射的两束光程差为
迈克尔逊干涉仪的调节和使用ppt课件
G2及反射镜M2中心大致等高，且三者连线大 致垂直于M2镜。适当调理光源及扩束透镜的 位置使得在E处视野可看到均匀的亮斑。 2、等倾干涉条纹的调理 1〕转动粗动手轮，尽量使M1、M2距分光板后 外表的间隔相等。
迈克耳逊干涉仪的调理
2) 在扩束透镜和分光板之间，放置笔尖，用肉眼直接 察看笔尖多个投影，调整M1反射镜〔或M2反射镜〕 镜后螺丝，使笔尖2个投影重合，即可察看到等是分振幅干涉。 S 设薄膜上下外表平行。如图2 a1与a2的光程差为
a1 a2 iD
L2ncdoi s
dA B
n
C
即入射角一样的点的光程 差 L一样，故称等倾干涉。 干涉图样为同心圆。
图2 面光源产生的等倾干涉
2ndc ois(2KK1) 2
〔明条纹〕 〔暗条纹〕
实验原理
5) 丈量前应转动微调手轮，挪动M1反射镜，察看等 倾条纹的变化情况。选择适宜一段区间，以利完成 丈量。
等
倾
干
涉
条 纹
M2
M 2 M 2 与 M1'
M 1'
M1' 重 合
M 1'
M 1'
M2
M2
等
厚
干
涉
条
M2
M2
M2
纹
M 1'
M1' M1'
M 1'
M 1'
M2
M2
条纹的可见度问题
运用的光源包含两种波长λ1 及λ2 , 且λ1 和λ2 相差很 小。 1、当光程差同时为两种波长λ1 及λ2 的半波长整数倍， 即L = mλ1 /2= nλ2/2 ，此时两个波长的亮纹叠加，可 见度最正确； 2、当光程差为L = mλ1 /2 = (n +0.5) λ2/2 时, 两种光 产生的条纹为重叠的亮纹和暗纹, 使得视野中条纹的 可见度降低, 假设λ1 与λ2 的光的亮度又一样, 那么条 纹的可见度为零, 即看不清条纹了。
迈克尔逊干涉仪实验ppt课件
M1
关光发出的球面波在相遇空间处 S
处相关，所以察看屏放入光场叠
加区的任何位置处，都可察看到
外形不同的干涉条纹，称这种条
纹为非定域干涉条纹。
3、等倾干涉
当 M和1 M严2 厉平行时〔即 和M 1 相M 2互垂直〕，所
得的干涉为等倾干涉。一切倾角为 的入射光束由
M 1和 M 2 反射的光波的光程差均为 2dco。s此时干
接纳 屏
平面镜 M 2
补偿 板
分光 板
平面镜 M 1
粗动手轮
微动手轮
微调螺丝
M1
d
M 2
S光源
分光板
Hale Waihona Puke 补偿板M2G1
G2
P
迈克耳逊干涉仪原理图
S光源，P察看屏，G1、G2为资料厚度一样的平行 板，G1为分光板，其后外表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 射方向前往，最后都到达P处构成干涉条纹。
次数
吞
起点(mm)
1 终点(mm)
起点(mm)
2 终点(mm)
起点(mm)
3 终点(mm)
起点(mm)
4 终点(mm)
起点(mm)
5 终点(mm)
吐
起点(mm)
d1
终点(mm)
d 2
d3
起点(mm) 终点(mm) 起点(mm) 终点(mm)
d 4
起点(mm) 终点(mm)
起点(mm)
d5
终点(mm)
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等倾干涉条纹的特征:
（1） 2h cos i'
(对空气薄膜：n=1)
K
(2K 1)
2
( K=0,1,2…) 明条纹 ( K=0,1,2…) 暗条纹
（2）干涉条纹的疏密与薄膜厚度h有关 (a) h较大时,条纹细密; h较小时,条纹稀疏 (b) h增大时,条纹外扩; h减小时,条纹内缩
h
M1'
)2
(2)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
视见度又为零
h2'
明
暗
(2)式减去(1)式,得 2 ( 589.3nm)
2h'
Δλ理= 589.6 - 589.0 = 0.6nm
仪器操作
❖ 调节仪器前须弄明白的两个问题:
1.得到等倾干涉必须满足的条件:
薄膜的上下表面平行 (M 2 //M1' ,即M 2 ⊥M1 )
分光板
补偿板
h2 )]
粗动手轮上 的读数窗口
例: 31.45 67 8mm
微动手轮
主尺
大轮
小轮
估读
仪＝
0.0001 2
mm
注意：要尽量避免粗动手轮和微动手轮读数不吻合带来的误差
测量钠双线的波长差: 仪器操作
i 12 3 4 5 6
hˊ(mm)
2 ( 589.3nm)
2h'
h'
1 3
1 3 [(h4
h1 )
(h5
h2 )
(h6
h3 )]
Δλ理= 589.6 - 589.0 = 0.6nm
粗动手轮
微动手轮
h1'
h2'
h3'
数据处理
{ ❖ 要求:
mm / nm
最后计算结果表示为:
❖ 主要用到了两个知识点:
E
100%
1.逐差法
h
1 3
1 3
[(h3
h0
)
(h4
h1
)
(h5
h2
)]
h'
1 3
1 3 [(h4
M2
M1' M2
M1'
M2
M
' 1
与M2
重合
实验原理
❖ 利用薄膜等倾干涉测波长
对于中央一级条纹(i=0) :
2h =kλ
h =kλ/2 hˊ =(k+1)λ/2
h1'
h N 2
随 着 h
❖ 利用薄膜等倾干涉测钠双线波长差
的
1
K11
明
(K1
暗
1 2
)2
(1)
视见度为零
减 小
2
K 21
(K2
1
1 2
钠光灯
2.实验中,我们通过改变薄膜厚度h
的大小观察等倾干涉条纹的变化 毛玻璃
（包括条纹的“吞吐”，疏密和视见
度的变化等现象）
h
M1'
M2
粗动手轮
微动手轮
而M2 的位置是通过粗动手轮和微动手轮来调节
平面镜M2 平面镜M1
水平微调螺钉 垂直微调螺钉
仪器操作
❖ 目标:在视野中央调出一组
疏密适中、清晰、稳定的同心圆环
微动手轮
水平微调螺钉 垂直微调螺钉
测量钠光波长:
i
01
N(条) 0 50
仪器操作
2345 100 150 200 250
h(mm)
主尺
切记:测量时,微动手轮要往一个方向旋转,
中途不能反向,否则会产生空程误差
2h / N(N 50)
逐差法：h
1 3
1 3
[(h3
h0
)
(h4
h1
)
(h5
读数:小数点后有五位有效数字
❖ 操作步骤:
1.调出圆心(调节M1 后面的三颗 螺钉及水平和垂直微调螺钉)
钠光灯
分光板 补偿板
平面镜M2 平面镜M1
毛玻璃
2.把条纹调清晰且疏密适中
(调节粗动手轮)
粗动手轮
3.把条纹调稳定
(调节水平和垂直微调螺钉)
实验小技巧:实验前,把M2 调到31mm左右,
使M2 、M1 到G1 的距离大致相等
迈克耳逊干涉仪的调整和使用
合肥工业大学 电子科学与应用物理学院
实验目的
❖ 了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理及其结构,学 习其调节方法
❖ 观察光的干涉现象(等倾干涉)
❖ 测量钠光的波长及钠双线的波长差
实验原理
❖ 一 基本光路
M 1'
h
1
M2 G1 G2
M1
S
1'
2'
i
2
h i'
n
半透 半反膜
1' 2'
h1 )
(h5
h2 )
(h6
h3 )]
2.不确定度的传递公式
h
h
2
2 N
h
补偿板
E
玻璃薄膜干涉
迈克尔逊干涉仪的基本光路图
等倾干涉 实验原理 等厚干涉
M1
M
1
S O
e
ik ik
A
S
n h
S K K 1
2h n2 sin 2 i 2nhcosi'
定域在无穷远
定域在空气劈尖（镜面）附近
二 等倾干涉
实验原理
光程差: 2h n2 sin 2 i 2nh cos i'