迈克尔逊干涉仪的调节和使用
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验三十八 迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】1. 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调节和使用方法。
2. 应用迈克尔逊干涉仪，测量He-Ne 激光的波长。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器、扩束镜。
【实验原理】干涉仪是凭借光的干涉原理来测量长度或长度变化的精密仪器。
实验室中最常用的迈克尔逊干涉仪，其原理图和实物图如图3-38-1所示。
1M 和2M 是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺钉，用来调节镜面的方位；2M 是固定的；1M 由精密丝杆控制可沿臂轴前后移动，移动的距离有转盘读出。
确定1M 的位置有三个读数装置：（1）主尺：在导轨侧面，最小刻度为毫米；（2）读数窗：可读到0.01mm ；（3）带刻度盘的微调手轮：可读到0.0001mm ，估读到5-10mm 。
在两臂轴相交处有一与两臂轴各成45°的平行平面玻璃板1P ，且在1P 的第二平面上镀以半透（半反射）膜以便使入射光分成振幅近乎相等的反射光（1）和透射光（2），故1P 板又称为分光板。
2P 也是一平行平面玻璃板，与1P 平行放置，其厚度和折射率均相同，用来补偿（1）和（2）之间附加的光程差，故称为补偿板。
从扩展光源S 射来的光在1P 处分成两部分，反射光（1）经1P 反射后向着1M 前进，透射光（2）透过向着2M 前进，这两束光分别在1M 、2M 上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E 处。
由于两列波来自同一波源上同一点，故是相干光，在E 处可观察到干涉图样。
由于光在分光板1P 的第二面反射，2M 在1M 附近形成一平行于1M 的虚像2'M ，因而自2M 和1M 的反射，相当于自是1M 和2'M 的反射。
由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。
一、扩展光源照明产生的干涉图1. 当1M 和'2M 严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
（3）微调：调节拉簧，使在屏正中央得一正圆形干涉条纹
（4）精调：换面光源，调节微调拉簧至中心条纹大小不随眼睛移动而改变。
（5）调节微量读数鼓轮向一个方向转动几圈，直至圆环涌出(或收缩)，记录M2的初始位置d1。
2.波长测量原理
两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜的方法改变两光束的光程差.
若中心处为明条纹，则
若改变反射镜的位置，使中心仍为明条纹，则
只要测出干涉仪中M1移动的距离∆d,并数出相应的“吞吐”环数∆k,就可求出λ.
实验内容及步骤
（1）粗调：①将M1、M2方位螺钉和拉簧调至半松半紧状态、
②调激光器方位，使反射光大致对称分布
250
42.30791
0.06343
100
42.26083
300
42.32435
0.06352
150
42.27655
350
42.33996
0.06341
请认真填写
数据处理、误差分析和实验结论
波长计算公式
波长的平均值
波长不确定度
其中：
波长结果
实验思考与建议
1、迈克尔孙干涉仪上的“补偿板”的作用是什么？它的厚度与实验中采用的光源有何关系？它的安装位置对实验有什么样的影响？
型号
迈史尔逊干涉仪
WSM200
He-Ne激光器
JGQ-250
扩束镜
请认真填写
实验原理（注意：原理图、测试公式）
1.光的干涉条件及相干光获得方法
频率相同，振动方向相同，相差恒定的两束光才能产生稳定的干涉，这两束光称为相干光。迈克尔逊干涉采用的是分振幅法干涉。从同一束光分出能量近似相等的两部分。如薄膜干涉等。
实验二迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验二 迈克尔逊干涉仪的调节和使用一、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理；2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法；3、观察等倾干涉条纹，测量He Ne -激光的波长；4、了解钠光、白光干涉花样的特点。
三、实验原理在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉等效于膜'12,M M 的薄膜干涉。
两束光的光程差为：2cos d i k δλ==（一）、扩展光源产生的干涉图（定域干涉）1、1M 和'2M 严格平行——等倾干涉条纹特点：明暗相间的同心圆纹，条纹定域在无穷远（需用会聚透镜成像在光屏上）；中心级次最高，2k d λ=；3）d 增大，条纹从中心向外“涌出”， d 减小，条纹向中心“陷入”，每“涌出” 或“陷入”一个条纹，间距的改变为2λ，“涌出”和“陷入”的交接点为0d =情况（无条纹）。
干涉条纹的分布是中心宽边缘窄，d 增大条纹变窄12k k k k i i i di λ-∆=-≈（,k d i 增加时条纹变窄），1M 和'2M 有一很小的夹角——等厚干涉()22cos 212d i d i ∆=≈-，当入射角也较小时为等厚干涉，条纹定域在薄膜表面附近；在两镜面交线附近处，d 较小，i 的影响可以略去，干涉条纹是一组平行于1M 和'2M 交线的等间隔的直线条纹；在离1M 和'2M 交线较远处，d 较大，i 方向是背向两镜面的交线。
四、实验仪器迈克尔逊干涉仪（100WSM -），He N e -激光器，钠光灯，日光灯，扩束镜，屏。
1、底座底座由生铁铸成，较重，确保仪器的稳定性。
底座由三个调平螺丝（9）支撑，调平后，可以拧紧锁紧圈（10）以保持座架稳定。
2、导轨导轨由两根平行的长约280毫米的框架（7）和精密丝杆（8）组成，被固定在底座上，精密丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1毫米 3、拖板部分拖板（11）是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母（6），丝杆穿过螺母，当丝杆旋转时，拖板能前后移动，带动固定在其上的移动镜（11）在导轨面上滑动，实现粗动。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验二十二迈克尔逊干涉仪的调节和使用Experiment 22 Adjustment and application of Michelson interferometer美国实验物理学家迈克尔逊于1881年发明了迈氏干涉仪，并在1887年加以改进。
迈氏干涉仪在近代物理学的发展史上起过重要的作用。
1801年英国医生托马斯·杨做出了第一个观察光的干涉现象的实验--光的双缝干涉实验，并成功地测出了红光和紫光波长，奠定了光的波动性的实验基础。
按照经典力学的理论，光既然是一种波动，就一定要靠介质才能传播。
于是，人们提出了所谓光的以太假说。
为了探测以太的存在，1880年，迈克尔逊在柏林大学的赫姆霍兹实验室开始筹划用干涉方法测量以太漂移速度的实验。
之后，迈克尔逊精心设计了著名的迈克尔逊干涉装置，进行了耐心的实验测量。
直到1887年7•月也没能得到理论预期的以太漂移的结果，为最终否定以太假说奠定了坚实的实验基础，为爱因斯坦建立狭义相对论开辟了道路。
后来，人们利用该装置的原理制成了迈克尔逊干涉仪，并用于研究光谱的精细结构和长度标准校准。
迈克尔干涉仪是用分振幅的方法实现干涉的光学仪器，它设计巧妙，包含极为丰富的实验思想，在物理学发展中具有重大的历史意义，而且得到了十分广泛的应用。
例如，可以观察各种不同几何形状、不同定域状态的干涉条纹；研究光源的时间相干性；测量气体、固体的折射率；进行微小长度测量等；在物理实验教学中因对训练学生的实验操作能力具有重要作用而受到高度重视。
本实验要求学会调节迈克尔逊干涉仪，利用等倾条纹的变化测钠光波长。
图1 等倾干涉光路图实验原理Experimental principle1．等倾干涉(equal inclination interference)实验室常用的迈氏干涉仪，其光路结构如图1所示。
它由两块平面反射镜M1、M2与两块平行平面玻璃板G1、G2所组成。
反射镜M1可沿导轨前后移动，称为动镜。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用数据处理
迈克尔逊干涉仪的调节和使用数据处理干涉仪是利用光的反射原理来测量物体内外层物质之间相互作用的仪器。
通过反射光束所获得的散射光线，通过测定其反射光强度等信息，来判断物体内部结构是否完整，从而来确定物体表面材料中粒子或原子是以何种状态存在的。
迈克尔逊干涉仪即为以不同方式散射光来确定物体内部结构的仪器。
由于它有较高的灵敏度，在工业、军事和民用等领域都具有广泛应用前景。
迈克尔逊干涉仪由基座、导轨、干涉仪、光学探头组成，每一部分材料及参数都由基座和导轨提供。
迈克尔逊干涉仪工作时，由光学探头负责测量反射光（不允许有任何多余信号),通过测量反射光强度而获得散射光线的信息。
由于不同散射光在空间中相互干涉时会产生衰减现象，所以通过调节不同角度也可以对不同部位造成散射光线。
通过调整不同角度可获得同一区域内物体运动状况信息。
我们使用这款仪器除了可以对物体进行静态测量外，还可以使用在动态分析与设计等领域中使用（请参见图1)。
1、将探头与基座连接当把探头从基座上拉下时，探头应与基座固定在一起。
在进行测量时，将探头拉入固定位置，使其在中心线上。
由于干涉仪与测量体之间存在着一定距离，所以固定探头并不能有效地避免仪器与测量体之间的干涉。
这时通过调整探头的角度，就可以有效地减少仪器与测量体之间的干涉。
同时由于在测量时探头位于测量体中央部位，所以可以用测量体与探头之间的距离来测量量程尺寸以及测量角度。
若测量体之间有较大的距离则无法对量程尺寸等进行测量。
但是如果测量体之间没有较大距离时就可以通过调整不同角度所获得的量程尺寸获得。
这样经过实际测量体与量程尺寸之间是有一定距离的，在此过程中探头和基座之间还会出现一些阻碍。
所以为了方便测量体之间存在比较大距离，在与固定探头连接时可采用连接并保持仪器处于较长时间工作状态（请参见图3)。
如果出现上述现象则应检查一下探头连接线是否正确并及时更换（请参见图4),以免由于安装问题造成测量过程中信号不稳定导致错误数据产生。
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。
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验报告班级姓名学号日期室温25.7℃气压102.51KPa 成绩教师实验名称迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】1、了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调节和使用的方法；2、应用迈克逊干涉仪，测量He-Ne激光器、扩束镜。
【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜。
【实验原理】迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图所示。
M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜，M1的位置是固定的，M2可沿导轨前后移动。
G1、G2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。
G1的一个表面镀有半反射、半透射膜A，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；G1称为分光板。
当光照到G1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G2，在G1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G1射向E。
由于光线（2）前后共通过G1三次，而光线（1）只通过G1一次，有了G2，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G2称为补偿板。
当观察者从E处向G1看去时，除直接看到M2外还看到M1的像M1ˊ。
于是（1）、（2）两束光如同从M2与M1ˊ反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1´～M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。
当M1 和M2ˊ严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。
所有倾角为i的入射光束，由M1和M2ˊ反射光线的光程差△均为△=2dcosiM2平行M1’且相距为d，S发出的光对M2来说，如S’发出的光，而对于E处的观察者来说，S’如位于S2’一样。
又由于半反射膜G的作用，M1如同处于S1’的位置，所以E处观察到的干涉条纹，犹如S1’、S2’发出的球面波，它们在空间处处相干，把观察屏放在E空间不同位置，都可以看到干涉花纹，因此这一干涉为非定域干涉。
如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是S1’,、S2’的连线与屏的交点E 。
迈克尔逊干涉仪的调节及使用总结
迈克尔逊干涉仪的调节及使用总结第一章迈克尔逊干涉仪的调节及使用(1)迈克尔逊干涉仪的主要部件是干涉管，是迈克尔逊干涉仪的核心部分。
根据其结构形状不同，可以分为A、 B两种类型： B型干涉管(一个可变半径光栏)是利用折射光的衍射实现的。
(2)望远镜头：由目镜和物镜两部分组成，前者使我们看清楚整个被测光波，后者则将分光镜反射回来的光汇聚成一束光线，从而照亮感光底片。
(3)分光镜：用来选择并进一步缩小所要观察的区域范围。
(4)感光底片：能感受和记录干涉信号的物体。
(5)空气折射器和球面反射镜：干涉管两端所引入的空气折射率相同，均为n(589nm)，它决定着光波能否在这两端进行正常的干涉现象，从而确保干涉条纹的稳定性。
(6)盖玻片：它的作用是防止有的波长过长的光透过，保护了后面的物镜。
(7)仪器移动原理与显微镜中的粗准焦螺旋和细准焦螺旋相似。
(8)显微镜中的粗准焦螺旋和细准焦螺旋使物像两边的清晰范围基本相等，可以从视场中取任何一点为“ 0”进行放大或缩小。
而迈克尔逊干涉仪中的光栏和分光镜各自起到了独立的调节功能，也就是说他们不但具有粗准焦螺旋的作用，而且还对干涉管起着调节的作用，从而使光栏的宽度发生改变，以便在不同位置上能观察到不同波长的光。
(9)干涉条纹的特征：在干涉条纹周期内相邻条纹之间的距离称为相移；两条纹之间的距离称为波长；而一个光谱级(nm)包含许多波长(nm)，例如可见光的波长范围为(λ＝0nm， 1nm)。
(10)干涉仪的应用：(只有当)入射光振幅相同、频率相同，以及两束光波同时到达干涉管末端，而相位差满足|f(z)＝|x(y) sin θ|<1，此时才能观察到干涉条纹。
因此，迈克尔逊干涉仪在干涉实验中的重要应用就是把不同波长的光进行干涉，从而得到很明显的干涉条纹。
(11)使用干涉仪注意事项：使用干涉仪时必须预先将待测光和参考光的偏振状态校正好，以免出现错误的干涉现象。
2．若需要做两束偏振光的干涉，最好先在参考光路中做完再去做测量。
实验十二迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验十二迈克尔逊干涉仪的调节和使用19世纪末，迈克尔逊为了确定当时虚构的光传播介质—“以太”的性质，设计和制造了该种干涉仪，并在1881年与莫雷合作在该干涉仪上进行了历史上有名的迈克尔逊—莫雷测“以太”风实验，实验得到了否定的结果，为爱因斯坦1905年创立相对论提供了实验基础。
迈克尔逊干涉仪是用分振幅的方法产生双光束以实现干涉的仪器。
它的主要特点是两相干光束完全分开，这就很容易通过改变一光束的光程来改变两相干光束的光程差，而光程差是可以以光波的波长为单位来度量的。
因此，迈氏干涉仪及其基本原理已被广泛应用于长度精密计量、光学平面的质量检验和傅里叶光谱技术等方面，是许多近代干涉仪的原型。
通过本实验希望同学们能了解迈氏干涉构造原理和调节方法，对单色光的等倾、等厚干涉条纹以及复色光的干涉条纹有一个直观的印象，掌握用迈氏干涉仪测量波长和波长差的方法。
【实验目的】1．掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法。
2．用迈克尔逊干涉仪测定氦-氖激光的波长。
【实验原理】图12-1 迈克尔逊干涉仪光学系统迈克尔逊干涉仪的光路如图15-1所示，干涉仪上各光学元件的名称已注明图上。
来自光源S的光经分光板P1分成强度大致相等而在不同方向传播的两束光(1)和(2)，它们分别由反射镜M1、M2反射后，又经过分光板P1射向观察系统，由于(1)和(2)两束光是相干光波，所以在观察系统中将见到该两光束的干涉图样。
为了便于理解干涉条纹的形成和它的形态，根据分光板P1的半透半反膜及反射镜M1、M2在光路中的作用，将干涉仪的光路简化成图12-2的形式是合理的。
图中S′是S关于P1（反射膜）的像，M2´是M2关于P1的像，S1´和S2´分别是S′关于M1和M2´的像。
它们的相对位置决定于S、M1和M2相对于O点的距离。
在分析一点光源S发出的光线经过干涉仪以后的干涉时，只要看两个相干点源S1´和S2´发出的对应光线的干涉就可以了。
迈克耳孙干涉仪的调节和使用
迈克⽿孙⼲涉仪的调节和使⽤迈克⽿孙⼲涉仪的调节和使⽤实验⽬的1、掌握迈克尔逊⼲涉仪的调节和使⽤⽅法；2、调节和观察迈克尔逊⼲涉仪产⽣的⼲涉图，加深对各种⼲涉条纹特点的理解；3、应⽤迈克尔逊⼲涉仪测定钠光和He-Na 激光的波长。
实验仪器迈克尔逊⼲涉仪钠光源激光源实验原理迈克⽿孙⼲涉仪主要由两个相互垂直的全反射镜M 1、M 2和⼀个放置的半反射镜p 1组成，如图1所⽰，从光源S 来的光在p 1的半反射⾯上被分成反射光（1）和透射光（2），两束光的强度近似相等。
光束（1）射向M 1镜，反射折回通过p 1；光束（2）通过p 2射向M 2镜，反射后再通过p 2射⾄p 1的半反射⾯处再次反射。
最后这两束相⼲光在空间相遇产⽣⼲涉。
⽤屏或眼睛在E 处可以观察到它们的⼲涉条纹。
p 2是为了消除光束（1）和光束（2）的光程不对称⽽设置的，它与p 1有相同的厚度和折射率，它补偿了（1）、（2）两光束的附加光程图1差，称为“补偿板”。
由于从M 2返回的光线在分光板p 1第⼆⾯上反射，使M 1附近形成⼀平⾏于M 1的虚像，因⽽光在迈克尔逊⼲涉仪中⾃M 1和M 2的反射，相当于⾃M 1和的反射。
由此可见，在迈克尔逊⼲涉仪中所产⽣的⼲涉与厚度为d 的空⽓膜所产⽣的⼲涉是等效的。
实验中采⽤不同的光源会形成不同的⼲涉情况，即有“定域⼲涉”和“⾮定域⼲涉”。
1.当光源为单⾊点光源时，它发出的光被p 1分为光强⼤致相同的两45'2M '2M图2束光（1）和（2），如图2所⽰。
其中光束（1）相当于从虚像发出，再经过M 1反射，成像于；光束（2）相当于从虚像发出，再经过反射成像于（是M 2关于p 1所成的像）。
因此，单⾊点光源经过迈克⽿孙⼲涉仪中两反射光，可看作是从和发出的两束相⼲光。
在观察屏上，于的连线所通过的程差为2d ，⽽在观察屏上其他点P 的程差为2dcosi （其中d 是与的距离，i 是光线对或的⼊射⾓）。
因⽽⼲涉条纹是以为圆⼼的⼀组同⼼圆，中⼼级次⾼，周围级次低。
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兴 义 民 族 师 范 学 院
实 验 报 告
实验题目：迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实 验 人：杨玉龙
实验日期：2010年6月28日
实验地点：物理系光学实验室
【实验目的】
1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构，学习其调节方
法。
2．调节观察干涉条纹，测量激光的波长。
3．测量钠双线的波长差。
4．练习用逐差法处理实验数据。
【实验仪器】
迈克尔逊干涉仪，钠灯，针孔屏，毛玻璃屏，多束光纤激光源（HNL 55700）。
【实验原理】
1．迈克尔逊干涉仪
图1是迈克尔逊干涉仪的实物图。图2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图，图
中M１和M２是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M１是固定的；M
２
由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动
2
的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出（例如：图3）。在
两臂轴线相交处，有一与两轴成
45°角的平行平面玻璃板G１，它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜，
以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故G１又称为分光板。
G２也是平行平面玻璃板，与G１平行放置，厚度和折射率均与G１相同。由于它补
偿了光线⑴和⑵因穿越G１次 数不同而产生的光程差，故称为补偿板。
从扩展光源S射来的光在G１处 分成两部分，反射光⑴经G１反射后向着M
２
前进，透射光⑵透过G１向 着M１前进，这两束光分别在M２、M１上反射后逆着各
自的入射方向返回，最后都达到E处。因为这两束光是相干光，因而在E处的观
察者就能够看到干涉条纹。
由M１反射回来的光波在分光板G１的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，
使M１在M２附近形成M１的 虚像M１′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反
射相当于自M２和M１′的反射。由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与
空气薄膜所产生的干涉是等效的。
当M２和M１′平行时(此时M１和M２严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉
条纹。一般情况下，M１和M２形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的干涉条
纹(等厚干涉条纹)。
2．测定钠光的波长
用波长为λ的单色光照明时，迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹
的位置取决于相干光束间的光程差，而由M２和M１反射的两列相干光波的光程差
为：
Δ＝2dcos i (1)
其中i为反射光⑴在平面镜M２上的入射角。对于第k条纹，则有
图3：最后读数为：33.52246mm
3
2dcos iｋ＝kλ (2)
当M２和M１′的间距d逐渐增大时，对任一级干涉条纹，例如k级，必定是以
减少cosiｋ的 值来满足式(2)的，故该干涉条纹间距向iｋ变大(cos iｋ值变小)
的方向移动，即向外扩展。这时，观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”，
且每当间距d增加λ/2时，就有一个条纹涌出。反之，当间距由大 逐渐变小时，
最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心，且每陷入一个条纹，间距的改变
亦为λ/2。
因此，当M2镜移动时，若有N个条纹陷入中心，则表明M２相 对于M１移近
了
(3)
反之，若有N个条纹从中心涌出来时，则表明M２相 对于M１移远了同样的距
离。
如果精确地测出M２移动的距离Δd，则可由式(3)计算出入射光波的波长。
【实验内容与步骤】
1．迈克尔逊干涉仪的调节
①点燃钠光灯，使之与分光板G１等 高并且位于沿分光板和M１镜的 中心线
上，转动粗调手轮，使M１镜距 分光板G１的中心与M１镜 距分光板G１的中心大致
相等(拖板上的标志线在主尺30 cm 位置)。
②在光源与分光板G１之 间插入针孔板，用眼睛透过G１直视M２镜，可看到2
组针孔像。细心调节M１镜后面的 3 个调 节螺钉，使 2 组针孔像重合，如果难
以重合，可略微调节一下M２镜后的3个螺钉。当2组针孔像完全重合时，就可
去掉针孔板，换上毛玻璃，将看到有明暗相间的干涉圆环，若干涉环模糊，可轻
轻转动粗调手轮，使M２镜 移动一下位置，干涉环就会出现。
③再仔细调节M１镜 的2个拉簧螺丝， 直到把干涉环中心调到视场中央，并
且使干涉环中心随观察者的眼睛左右、上下移动而移动，但干涉环不发生“涌出”
或“陷入”现象，这时观察到的干涉条纹才是严格的等倾干涉。
2．测定钠光的波长
在内容1的基础上，注意屏上干涉圆环中心位置，移动M1，此时的干涉纹发
4
生串动。
①先调仪器零点，方法是：将微调手轮沿某一方向(如顺时针方向)旋至零，
同时注意观察读数窗刻度轮旋转方向；保持刻度轮旋向不变，转动粗调手轮，让
读数窗口基准线对准某一刻度，使读数窗中的刻度轮与微调手轮的刻度轮相互配
合。
②始终沿原调零方向，细心转动微调手轮，观察并记录每“涌出”或“陷入”
50个干涉环时，M１镜位置，连续记录4次。
③根据式(3)，求出钠光的波长，并与标准值进行比较。
【注意事项】
迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器，使用时应注意防尘、防震；不能触摸光学
元件光学表面；不要对着仪器说话、咳嗽等；测量时动作要轻、要缓，尽量使身
体部位离开实验台面，以防震动。
【数据记录及处理】
1.实验数据记录（注：向处涌出50个条纹的位置）
位置1 位置2
次数 d1(mm) d2(mm)
1 30.28760 30.43498
2 30.43498 30.58238
3 30.58238 30.72985
4 30.72985 30.87718
5 30.87718 31.02448
2.实验数据处理
位置1 位置2 向处涌出50个 条纹的位置差 计算结果 不确定度
次数 d1(mm) d2(mm) △d(mm) λ(nm) δλ(nm)
1 30.28760 30.43498 0.14738 589.52000 0.003%
2 30.43498 30.58238 0.14740 589.60000 0.016%
3 30.58238 30.72985 0.14747 589.88000 0.064%
4 30.72985 30.87718 0.14733 589.32000 0.031%
5 30.87718 31.02448 0.14730 589.20000 0.035%
5
公认值（nm）
589.30000 平均值（nm） 589.50400 标准不确定度 0.035%
【后记】
光的干涉是重要的光学现象之一，是光的波动性的重要实验依据。两列频率
相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或
减弱现象，即光的干涉现象。光的波长虽然很短(4×10－７～8×10－７ m之间)，
但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得。根据干涉条纹数目和间距
的变化与光程差、波长等的关系式，可以推出微小长度变化(光波波长数量级)
和微小角度变化等，因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材
料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。
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。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。
实验中用钠光作为相干光源测得的误差较大（它是中心波长为589.0 nm和
589.6 nm的双线组成），若采用激光作为相干光源，效果会更好。