迈克尔逊干涉及其应用
实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用
实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用一、实验目的1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理及结构。
2. 学会迈克尔逊干涉仪的调整，基本掌握其使用方法。
3. 观察各种干涉现象，了解它们的形成条件。
二、实验仪器1. WSM-200型迈克尔逊干涉仪一台2. HNL-55700多束光纤激光源一台三、实验原理3.1 迈克耳孙干涉仪的构造图1为迈克尔逊干涉仪的结构示意图。
图1 迈克尔逊干涉仪的结构示意图仪器包括两套调节机构，第一套调节机构是调节反光镜1的位置。
旋转大转轮和微调转轮经转轴控制反光镜1在导轨上平移；第二套调节机构是调节反光镜1和反光镜2的法线方向。
通过调节反光镜1、2后面的调节螺钉以及反光镜2的两个方向拉杆来控制反光镜的空间方位。
在仪器的中部和中部偏右处，分别固定安装着分光镜和补偿片，其位置对仪器的性能有重要影响，切勿变动。
在补偿片的右侧是反射镜2，它的位置不可前后移动，但其空间方位是可调的。
反射镜1和反射镜2是通过金属弹簧片以及调节螺钉与支架弹性连接的，调节反射镜支架上的三颗调节螺钉，改变弹簧片的压力，从而改变反射镜面在空间的方位。
显然，调节螺丝钉过紧或太松，都是不利于调节反射镜方位的错误操作。
反射镜1在导轨上的位置坐标值，由读数装置读出。
该装置共有三组读数机构：第一组位于左侧的直尺C1，刻度线以mm为单位，可准确读到毫米位；第二组位于正面上方的读数窗C2，刻度线以0.01mm为单位，可准确读出0.1和0.01毫米两位；第三组位于右侧的微动转轮的标尺C3，刻度线以0.0001mm为单位，可准确读0.001和0.0001毫米两位，再估读一位到0.00001毫米。
实际测量时，分别从C1、C2各读得2位数字、从C3读得3位（包括1位估读）数字，组成一个7位的测量数据，如图2所示。
可见仪器对位移量的测定精度可达十万分之一毫米，是一种图2 关于M1位置读数值的组成方法非常精密的仪器。
务必精细操作，否则很容易造成仪器的损坏！3.2 迈克耳孙干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生的双光束干涉，其光路图如图3所示。
4.1迈克尔逊干涉仪调节与应用
N
λ
=
2Δ d N
1
2
3
4
5 平均
4．重复上述步骤五次，取其平均值 ，并计算测量误差，最后将测得波长表示为 , 并与理论值比较，计算其相对误差。
练习二 利用圆形条纹测钠光 D 双线的波长差
以钠光灯作为光源，当
M
2
与
M
2
镜相互平行时，得到明暗相间的圆形干涉条纹。因为
钠光源包含有波长差 很小的两种波长 1 和 2 因而会有这种现象，当两列相干波的光程差
光分别在 M1 和 M2 上反射后逆着各自
的入射方向返回，最后都到达 E 处，既
M2
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
d
M1
反射镜 1
干涉条纹，G2 是补偿板，其材料和厚度 与 G1 相同，是为了保证两束光在玻璃中
光程相等而设置的。 S
由于光在分光板 G1 的第二面上反 射，使 M 2 在 M1 附近形成一平行 M1 的
度，在毛玻璃屏与分光板 G1 之间放一带小孔的光屏，在 E 处进行观察（参考图一）如果仪 器未调整好，即 M1 与 M 2 不平行，则在视场中看到的是小孔的双影，此时必须细心调 M 2（或 M1 )镜背后的三个螺旋，以改变 M 2 （或 M1 ）镜的方位，直到双影在水平方向和铅垂方向 完全重合。一般情况，取去小孔光屏，即可看到干涉条纹，然后轻轻调节 M 2 镜旁的微调螺
得很密以至于观察不到条纹。将条纹间距取 1 毫米左右，移动 M1 镜观察条纹由弯曲变直再
变弯曲的过程。
2．在干涉条纹变直的位置上，取去钠光灯换白炽灯，缓慢地移动 M1 镜，在某位置可
观察到彩色直条纹，条纹中心就是
实验十六迈克尔逊干涉仪的调整与应用
实验十六 迈克尔逊干涉仪的调整与应用光的干涉现象是光的波动性的一种表现，是物理光学的重要研究对象之一。
迈克尔逊干涉仪是美国物理学家A.A.Michelson 在1881年为研究“以太”漂移而精心设计的，它是一种利用分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器，在近代物理和计量技术中有着广泛的应用。
例如，可用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长、微小长度、光源的相干长度，用相干性较好的光源可对较长的长度作精密测量，以及可用它来研究温度、压力对光传播的影响等。
【实验目的】1．掌握迈克尔逊干涉仪的工作原理和结构，学会它的调整方法和技巧；2．了解等倾干涉条纹与等厚干涉条纹形成的条件和变化规律； 3．学会用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长； 4．（选做）测量钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度； 5．（选做）学会用迈克尔逊干涉仪测量透明玻璃板的厚度。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、Ne He 激光器、钠光灯、白光光源、毛玻璃、扩束镜等。
【实验原理】1. 迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式，其基本光路如图5.16.1所示。
从光源S 发出的一束光，在分束镜A 的半反射面M 上被分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2。
反射光束1射出A 后投向反射镜2M ，反射回来再穿过A ；光束2经过补偿板B 投向反射镜1M ，反射回来再通过B ，在半反射面M 上反射。
于是，这两束相干光在空间相遇并产生干涉，通过望远镜或人眼可以观察到干涉条纹。
补偿板B 的材料和厚度都和分束镜A 相同，并且与分束镜A 平行放置，其作用是为了补偿反射光束1因在A 中往返两次所多走的光程，使干涉仪对不同波长的光可以同时满足等光程的要求。
2. 等倾干涉图样(1) 产生等倾干涉的等效光路S1M 图5.16.1 迈克尔逊干涉仪光路图如图 5.16.2所示（图中没有绘出补偿板B ），观察者自O 点向2M 镜看去，除直接看到2M 镜外，还可以看到1M 镜经分束镜A 的半反射面M 反射的像1M '。
迈克尔孙干涉仪的原理与应用
迈克尔孙干涉仪的原理与应用1. 引言迈克尔孙干涉仪是一种常见的干涉测量仪器，广泛应用于光学领域和物理实验室中。
它利用干涉现象来测量光的相位差，从而实现对介质折射率的测量、光程差的计算和表面形貌的研究等。
2. 原理迈克尔孙干涉仪的原理基于干涉现象和Michelson干涉仪的设计。
它由一个光源、分束器、样品光路和参考光路组成。
2.1 干涉现象干涉是指两束或多束相干光波相遇时，互相叠加形成干涉条纹的现象。
干涉现象的产生需要符合相干条件，即光源发出的光波具有相干性。
2.2 Michelson干涉仪设计Michelson干涉仪是由一个光源、分束器、样品光路和参考光路组成。
光源发出的光经过分束器分为两束光，一束通过样品光路，另一束通过参考光路。
两束光重新相遇，在干涉仪的输出端口形成干涉条纹。
3. 迈克尔孙干涉仪的构造迈克尔孙干涉仪在Michelson干涉仪的基础上进行了改进，主要是增加了一块玻璃片作为样品。
样品在光路中引入一个附加的光程差，从而改变干涉条纹的特性。
3.1 分束器分束器是将来自光源的光分为两束的装置。
常见的分束器包括玻璃板分束器和波导器。
3.2 样品样品是在样品光路中引入光程差的元件。
常见的样品包括玻璃片、薄膜和涂层等。
3.3 干涉条纹干涉条纹是迈克尔孙干涉仪中观察到的光强分布形式。
它由干涉光波的叠加形成，可通过干涉仪的输出端口观察到。
4. 应用迈克尔孙干涉仪具有广泛的应用领域，如下所示：4.1 介质折射率测量通过调节样品光路中的样品厚度或折射率，可以测量样品的折射率。
4.2 光程差计算利用干涉条纹的变化可计算光程差，从而实现对光路长度的测量。
4.3 表面形貌研究通过观察干涉条纹的变化，可以研究材料的表面形貌和薄膜的厚度分布等。
4.4 光学实验教学迈克尔孙干涉仪作为一种常见的光学实验仪器，广泛用于光学实验教学中，帮助学生理解和掌握光的干涉现象。
5. 结论迈克尔孙干涉仪是一种重要的干涉测量仪器，它利用干涉条纹的形成来测量光学参数和研究材料的表面形貌。
迈克尔逊干涉仪用途
迈克尔逊干涉仪用途迈克尔逊干涉仪是一种光学仪器，用于测量干涉现象以及测量光速、介质折射率等光学参数。
它由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊于1881年发明，是一种基于干涉现象的实验装置。
迈克尔逊干涉仪主要由光源、反射镜、半透镜、反射镜等光学元件组成。
迈克尔逊干涉仪的主要用途是测量光速。
根据迈克尔逊干涉仪的原理，当具有一定相位差的两束光经过半透镜射到分束器上后，会被分成两束互相垂直并发生干涉的光束。
如果其中一束光经过微小的长度差，例如由于地球的自转导致测量方向的光程差发生变化，就会导致干涉环的移动。
通过观察干涉环的移动情况，可以计算出由于光速变化引起的干涉环的移动量，并进而计算出光速的值。
迈克尔逊干涉仪还可以用于测量介质的折射率。
在测量过程中，可以将待测介质放置在其中一条光束的路径上。
根据杨氏双缝干涉的原理，通过观察干涉环的移动情况，可以推导出介质的折射率。
此外，迈克尔逊干涉仪还可以应用于光学元件的质量检验和表面形貌的测量。
通过观察干涉图案的变化，可以分析光学元件的表面形貌和光学性能。
例如，在制造反射镜时，可以使用迈克尔逊干涉仪检测反射镜的表面平整度和波前畸变，从而保证反射镜在光学系统中的性能。
此外，迈克尔逊干涉仪还广泛应用于科学研究领域。
例如，迈克尔逊干涉仪可以用于测量微小物体的长度、密度等物理参数，也可以用于测量光学元件的厚度和介质的分布情况。
迈克尔逊干涉仪还可以用于研究光的相干性和干涉现象，以及进行光学实验和教学。
值得一提的是，迈克尔逊干涉仪在20世纪初被用于测量爆炸引起的空气震荡的波长和频率，以及测量大气密度和声速的变化。
这些测量对于了解爆炸物的特性和爆炸波在大气中的传播具有重要意义。
综上所述，迈克尔逊干涉仪主要用于测量光速、介质折射率和光学元件的质量检验，也被广泛应用于科学研究、教学和光学实验等领域。
它的应用范围十分广泛，对于研究光学现象和测量光学参数具有重要的意义。
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
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。
迈克尔逊干涉仪原理的应用
迈克尔逊干涉仪原理的应用1. 什么是迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是一种实验仪器，用于测量光的相位差。
它由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊在1887年发明，因而得名。
这种仪器利用光的干涉现象，通过观察干涉条纹的变化来测量光的相位差。
迈克尔逊干涉仪被广泛应用于光学测量、干涉光谱等领域。
2. 迈克尔逊干涉仪的工作原理迈克尔逊干涉仪的工作原理基于光的干涉现象。
它由一个光源、一个分束器、两个反射镜、一个合束器和一个接收器组成。
1.光源：迈克尔逊干涉仪通常使用激光作为光源，因为激光有良好的相干性。
2.分束器：分束器是一个半透明的镜片，它将光源发出的光束分成两束等强度的光束。
3.反射镜：迈克尔逊干涉仪有两个反射镜，分别被称为平面镜和倾斜镜。
平面镜将光束反射回分束器，而倾斜镜将光束反射到待测物体上。
4.合束器：合束器将待测物体上反射的光束和从分束器反射回来的光束重新合并到一起。
5.接收器：接收器用于检测合并后的光束的强度变化，通常使用光电二极管或干涉仪接收器。
通过调整倾斜镜的位置，可以改变光束在待测物体上的路径长度，从而观察到干涉条纹的变化。
3. 迈克尔逊干涉仪的应用迈克尔逊干涉仪在科学研究和工程领域有着广泛的应用。
3.1 光学测量迈克尔逊干涉仪可以用于测量光波的相位差，进而测量物体的表面形貌、折射率等参数。
通过分析干涉条纹的变化，可以实现亚微米级的测量精度。
3.2 光学干涉光谱迈克尔逊干涉仪可以用于测量光的频率和光谱分辨率。
通过调节倾斜镜的位置，改变光程差，可以观察到干涉条纹的移动。
根据干涉条纹的移动来计算光的频率和光谱宽度。
3.3 光学通信迈克尔逊干涉仪可以用于光信号的调制和解调。
通过调节倾斜镜的位置，控制光的相位差，实现光信号的调制。
同时，迈克尔逊干涉仪也可以用于解调接收到的光信号。
3.4 光学传感迈克尔逊干涉仪可以用于光学传感器的设计。
通过将待测物体放置在干涉仪的测量光路中，利用干涉条纹的变化来测量物体的参数，如温度、压力、应力等。
迈克尔孙干涉的原理与应用
迈克尔孙干涉的原理与应用1. 简介干涉是一种重要的光学现象，可用于研究光的波动性和粒子性。
迈克尔孙干涉是一种特殊的干涉现象，由迈克尔孙干涉仪实现。
本文将介绍迈克尔孙干涉的原理，同时探讨其在科学研究和工程应用中的实际应用。
2. 原理迈克尔孙干涉的原理基于干涉现象和干涉仪的工作原理。
干涉指的是两束或多束光的叠加，产生出一系列明暗交替的干涉条纹。
干涉仪则是一种用于实现干涉的光学仪器。
迈克尔孙干涉仪由一束分束器和一束合束器组成。
分束器将光分为两束，其中一束经过一块透明的光程差附件，另一束直接通过。
合束器将两束光重新合束，通过观察干涉条纹来研究光的性质。
干涉条纹的形成是因为存在光程差。
光程差是指光线在两个路径上传播所经历的路程差异。
当两束光重新合束时，如果它们的相位差为整数倍的2π，那么它们将相干叠加，形成亮条纹。
相位差为奇数倍的2π时，它们将相消干涉，形成暗条纹。
3. 应用迈克尔孙干涉在科学研究和工程应用中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：3.1. 显微术迈克尔孙干涉在显微术中起着重要的作用。
通过观察和分析干涉条纹，可以测量物体的折射率、薄膜的厚度等。
这对于研究细胞结构、材料特性等具有重要意义。
因此，在生物学、材料科学等领域中广泛应用迈克尔孙干涉。
3.2. 光学元件表面检测迈克尔孙干涉可以用于光学元件表面质量检测。
通过观察干涉条纹的形貌，可以判断光学元件表面是否平整、光滑。
同时，还可以定量地测量表面的凹凸度、平整度等参数，对于生产工艺和产品质量控制具有重要意义。
3.3. 激光干涉测量迈克尔孙干涉可以应用于激光干涉测量中。
通过激光束的干涉，可以实现高精度的位移测量、形状测量等。
在工程测量中，激光干涉测量广泛应用于位移测量、表面形貌测量等领域。
3.4. 光学玻璃的热膨胀系数测量迈克尔孙干涉方法还可用于测量光学玻璃的热膨胀系数。
通过观察干涉条纹的变化，可以计算出光学玻璃在热变形过程中的膨胀系数，为光学元件的设计和应用提供参考。
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数据： Hale Waihona Puke 纹变化100 数100
100
100
100
测微螺旋 移动距离 （mm）
0.650
0.625
0.605
0.585
0.605
条纹变化 100
数
100
100
100
100
测微螺旋 移动距离 （mm）
0.575
0.565
0.567
0.570
0.634
条纹变化数为100时的平均移动距离：0.598mm 实验标准差：0.0914
Δp/mmHg 180 160 140 120 100 80 60 40 20
图像：
n 1.000153 1.000114 1.000085 1.000066 1.000047 1.000032 1.00002 1.000009 1.000002
【实验装置】 SGM-2型迈克尔逊干涉仪
写出精密干涉仪各部分名称：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
【实验内容及数据处理】 1、 结合说明书，学习精密干涉仪的调节方法，用He-Ne激光器调节 出干涉条纹。 说明书请见试验报告附录 调节的得到的干涉条纹如下图：
2、 调节测微螺旋，测量使条纹变化100圈测微螺旋的移动距离
3、 测量空气的折射率 数据： 条纹变化数随气室压强的变化关系
N为不同气室压强差Δp下压力表指针归零后的干涉条纹的变 化数
Δp/mmHg
N
180
15
180
16
160
14
160
13
140
11
140
12
120
10
120
10
100
8
100
8
80
6
80
6
60
4
60
4
40
2
40
2
20
0.5
20
0.5
计算出不同p对应的折射率n: