用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率

评分：大学物理实验设计性实验实验报告

实验题目：用迈克尔逊干涉仪测量玻璃的折射率

班级：电信06-1

姓名：林清伟学号：21

指导教师：方运良

茂名学院技术物理系大学物理实验室

实验日期：2007年11月29 日

《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片折射率》实验提要

实验课题及任务

《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片厚度》实验课题任务是：根据玻璃的折射率比空气大，当玻璃片加到一个光路中时，必产生一光程差l ?，这个光程差会造成中央条纹会发生位移的现象，根据这一特定的光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定玻璃的折射率。

学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片的折射率》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按撰写科学论文的要求写出完整的实验报告。

设计要求

⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶ 测量5组数据，测量玻璃的折射率n 。 ⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。

⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。

有关提示

若用白光作光源，在一般情况下，不出现干涉条纹。进一步分析还可看出，在2M 、1'M 两面相交时，交线上0=d ，但是由于1、2两束光在半反射膜面上的反射情况不同，引起不同的附加光程差，故各种波长的光在交线附近可能有不同的光程差。因此，用白光作光源时，在2M 、1'M ，两面的交线附近的中央条纹可能是白色明条纹，也可能是暗条纹。在它的两旁还大致对称的有几条彩色的

直线条纹，稍远就看不到干涉条纹了。

调出白光干涉条纹，此时1M 镜位置读数为1z 将待测玻璃片插入有1M 镜的臂中，再次调出白光干涉条纹，这时1M 镜位置读数为2z ，

评分参考(10分)

⑴ 正确写出实验原理和计算公式，2分。 ⑵ 正确的写出测量方法，1分。 ⑶ 写出实验内容及步骤，1分。

⑷ 正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。 ⑸ 正确的测量数据，1.5分。

⑹ 写出完整的实验报告，2.5分。(其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分；整体结构，1分)

学时分配

实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告1学时。

用迈克尔逊干涉仪测量玻璃的折射率

实验目的

1.了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构及调整方法。

2.测量的折射率。

实验仪器

迈克尔逊干涉仪、HNL—55700多束光纤激光器、玻璃片、白炽灯,钠灯，千分尺。

实验原理

Ⅰ仪器结构介绍

1.导轨；

2.底座；

3.水平调节螺灯；

4.传动盒盖；

5.转动手轮；

6.读数窗口；

7.微调手轮；8.刻度轮；9.移动镜拖板；10.盘头螺灯；11.12.镜架；13.分光镜；

14.补偿镜；15.16.反射镜；17.18.微调弹簧。

精磨的导轨（1）固定在底座（2）上，底座上有三个调节水平的螺钉（3），用以调节仪器的水平。在导轨内部装有一根螺距为1毫米的精密丝杆。丝杆与传动盒盖（4）内的齿轮系统相连，转动大手轮即可动作齿轮系统带动丝杆，由丝杆传动移动镜拖板前后移动。仪器有三个读数尺，主尺附在导轨侧面，最小分度为1毫米，读数窗口（6）内有一个一百等分微调手轮（7）转动一圈等于圆盘转一小格，微调手轮有一个刻度轮（8）分为100等份，每一小格对应于拖板移动0.1微米。

Ⅱ利用定域等厚干涉条纹法测量平行玻片折射率

用迈克尔逊干涉仪测平行玻片折射率的实验装置如图1所示.

图1

其中反射镜1M 和2M 半反射镜1G 、补偿板2G 构成干涉仪的主体，'2M 是通

2M 过1M 所成的像。不放玻片时，用白光调出干涉直条纹，彩色条纹中央的白色

或灰色条纹对应于1M 和'2M 重合的位置。设此时1M 离开观察透镜的距离为1Z ，加上厚度为t 、折射率为n 的玻片后，再用白光调出彩色干涉条纹。设条纹在视场中央并且两侧条纹分布对称时，对应的距离为2Z 。显然1Z 与2Z 的差应等于由玻片引入的光程与空气的光程之差。

即: 21(1)z z n t -=- （1）由此可得: 2111Z Z d

n t t

+=+ （2）

其中，21d z z =-是1M 在两次观测中移动的距离，可从实验中测得。玻片的厚度t 已知，可由式（2）得出玻片的折射率n.

用白光为光源在迈克尔逊干涉仪上调出干涉条纹是本实验的关键。常用的调节方

法是：使1M 和'2M 稍有夹角，用单色面光源调出近似直线状条纹。然后调节1M ，

直至干涉条纹出现曲率相反的情况，在其分界处，即可调出白光干涉条纹，如图2所示。然后加入玻片移动1M 镜距离后，调出白光干涉条纹，但此时条纹并不呈直线状而是有一定的弯曲，这是由于采用的是面光源，所以光线是以不同的入射角射向反射镜及玻璃片，而加入玻片前后光程差的变化由两部分组成玻片引起的光程差变化L ?和反射镜移动引起的光程差变化'L ?。其光路图3。

a b c

图2 反射镜不同位置对应的等厚和非等倾非等厚干涉条纹

图3 加入玻片前后光程差的变化

可看到白光干涉条纹的条件是：'()22cos L L tn i k λ?-?== (3)

值得说明的是，当人眼上下移动时，观察到的条纹出现及消失时刻不同，也就是1M 镜到分光板M 间的距离不一致，所以为避免此种情况带来的误差，在观

察白光干涉条纹时，一定要保持人眼的观察方向和位置不变。

实验内容与步骤

(1)迈克尔逊干涉仪的基本调节

1. 点燃氦氖激光器，调节其高度和方向，使激光束大致照到两平面镜1M 、

2M 及屏E 的中部，并使从两平面镜反射来的两束光能尽量原路返回，即尽可能回到激光器的出光口。

2. 屏上可以看到两排光点，都以最亮者居中。调节1M 和2M 后面的三个螺丝，使两个最亮点重合（此时1M 和2M 相互垂直）。此时要检查回到激光器的两束光是否仍照在出光口或附近。

(2)观察等厚干涉条纹，测量透明玻璃片厚度

1. 调节白光条纹。先用单色光源调好等倾圆条纹，使1M 与1G 的距离稍大

与于2M 与1G 的距离，然后稍稍旋转2M 镜太下的水平拉簧螺丝，使1M 、2M '成一很小的夹角，此时看见弯曲的条纹。向前移动1M 使条纹变直，这表明中央条纹在逐渐向视场中央移动。再以白光代替单色光，继续按原方向缓慢地转动鼓轮，使1M 继续向前移动，直到白光干涉条纹出现。

2. 将中央条纹移至视场中某一位置，记下1M 的位置，将待测玻璃片放在1

M 与1G 之间的光路中，使玻璃片与1M 平行。向前移动1M ，直至中央条纹重新移至视场中同一位置，再记下1M 的位置，则1M 所移动的距离即为式（4）中的d ?。

3. 用千分尺测量玻璃片的厚度t ，重复测量5次，记录数据，并求其平均值。

实验数据表：

数据处理：

本实验求解不确定度应利用标准偏差的传递公式进行估算。

根据公式 2111Z Z d

n t t

+=+ 可算出d 和n,并填于表中

0.315280.309030.31167

0.312250.31265 1.560880.3121855

d ++++===mm

A 类不确定度

σ=d

.3126

)]=

70.00047)=0.001=mm

B 类不确定度:

0.00006u =

==mm d U ∴=

0.001==mm

玻璃片厚度的平均值为：

(0.5630.5620.5620.5620.560)5=++++t

2.8090.5625=?=mm t :A 的类不确定度

t σ=

0.0005=mm t :B 的类不确定度

0.002B u =

=mm

0.002t U ∴==mm

ln ln(

)d t

n t

+= ln ln()ln n d t t =+-

ln 1

n d d t

?+ ln 11()

n d

t d t t t d t ?=-=-?++ 所以折射率n 的相对不确定度为：

r U U n ==

0.001=

()1

1.560 1.549 1.555 1.556 1.558 1.5565

n =?++++=

1.55560.0010.002n U =?≈

1.5560.002n ∴=± 0.1%r U =

讨论：

在测量过程中，微调鼓轮应沿同一方向转动，中途不可倒转，以便消除螺纹的间隙误差。

补偿板的厚度和折射率与分束板完全相同，且与之平行，其作用是使干涉仪对不同波长的光可同时满足在玻璃中的光程差相等，因此，只需要计算两束光在空气中的光程差就可以了。

心得体会

通过以上的实验可知，在利用根据白光干涉条纹在视场中的相对位置进行测量时，操作相对简单，适用于观察法测量玻片折射率。但在测量时，观察条纹时的人眼始终要平视半反射镜，否则将造成干涉条纹出现的相对位置发生变化而使测量结果不正确。

自己做过上面的实验后，感觉有一定的难度，关键是要在加入玻片后调出干涉条纹，由于能在视场中看到的条纹范围很窄，所以调节时一定要仔细，而且还要缓慢地转动微动手轮，同时在转动时，人眼得注视观察屏，否则容易错过观察到干涉条纹的时间，这样就必须重新调节进行观察。

总之，只要掌握好实验基本原理和方法，以及在进行实验时认真仔细，就一定能完成实验，达到预期目的。

迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长

实验十迈克尔逊干涉仪测He-Ne 激光的波长迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作设计制作出来的精密光学仪器。它利用分振幅法产生双光束以实现光的干涉，可以用来观察光的等倾、等厚和多光束干涉现象，测定单色光的波长和光源的相干长度等。在近代物理和计量技术中有广泛的应用。【实验目的】 1．了解迈克尔逊干涉仪的特点，学会调整和使用。 2．学习用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长及薄玻璃片厚度的方法。【实验仪器】 WSM-100型迈克尔逊干涉仪，HNL －55700型H e -N e 激光器、扩束镜，白赤灯，毛玻璃片，光具座，薄玻璃片。【实验原理】迈克尔逊干涉仪工作原理：如图10-1所示。在图中S 为光源，G 1是分束板，G 1的一面镀有半反射膜，使照在上面的光线一半反射另一半透射。G 2是补偿板，M 1、M 2为平面反射镜。光源H e -N e 激光器S 发出的光经会聚透镜L 扩束后，射入G 1板，在半反射面上分成两束光：光束(1)经G 1板内部折向M 1镜，经M 1反射后返回，再次穿过G 1板，到达屏E ；光束(2)透过半反射面，穿过补偿板G 2射向M 2镜，经M 2反射后，再次穿过G 2，由G 1下表面反射到达屏E 。两束光相遇发生干涉。补偿板G 2的材料和厚度都和G 1板相同，并且与G 1板平行放置。考虑到光束(1)两次穿过玻璃板，G 2的作用是使光束(2)也两次经过玻璃板，从而使两光路条件完全相同，这样，可以认为干涉现象仅仅是由于M 1镜与M 2镜之间的相对位置引起的。为清楚起见，光路可简化为图10-2所示，观察者自E 处向G 1板看去，透过G 1板，除直接看到M 1镜之外，还可以看到M 2镜在G 1板的反射像M 2'，M 1镜与M 2'构成空气薄膜。事实上M 1、M 2镜所引起的干涉，与M 1、M 2'之间的空气层所引起的干涉等效。 1．干涉法测光波波长原理：考虑M 1、M 2'完全平行，相距d 时的情况。点光源S 在镜M 1、M 2'中所成的像s '、s ''构成相距d 2的相干光源，光路如图10-3所示。设s ''到0点的距离为h 。这种情况下，干涉现象发生在两光相遇的所有空间中，因此干涉是非定域的。对于屏幕上任意一点P 处，设s ''到0点的距离为h 。两像光源发出的光相遇时的光程差为δ，P 点处发生相长干涉的条件为： λ=θ-θ+=δk h d 2h 2 1cos cos (10—1) 由(10-1)式，结合图3可以看出，保持h 与d 不变，令P 点向外移动时，1θ、2θ将增大，对应级次K 将伴随δ减小，所以中央条纹的级次高。 2E 图10-1 迈克尔逊干涉仪原理图 M M '图10-3干涉光程计算 2S 图10-2 迈克尔逊干涉仪简化光路

迈克尔逊干涉仪实验报告

迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。关键词：迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率；一、引言【实验背景】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。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具；它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。【实验目的】 1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法； 2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律； 3．测量空气的折射率。【实验原理】（一）迈克尔逊干涉仪 1M 、2M 是一对平面反射镜，1G 、2G 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，1G 称为分光板，在其表面 A 镀有半反射半透射膜，2G 称为补偿片，与1G 平行。当光照到1G 上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到1M ，经1M 反射后，透过2G ，在1G 的半透膜上反射到达E ；反射光2射到2M ，经2M 反射后，透过1G 射向E 。两束光在玻璃中的光程相等。当观察者从E 处向1G 看去时，除直接看到2M 外还可以看到1M 的像1 M 。于是1、2

迈克尔逊干涉仪实验报告87789

迈克耳逊干涉仪一.实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法； 2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。二.实验仪器迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。三.实验原理迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E （或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。

如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M′2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M′2之间的距离为d，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示若M1与M′2平行，则各处d相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d增加则中心“冒出”一个条纹，反之d减小则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。钠黄双线的精细结构测量原理简介：干涉条纹可见度定义为：当，时V=1，此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差为，且由关系算出谱线的精细结构。四.实验结果计与分析次数初读数 d1（mm）末读数 d2（mm） △ d=|d1-d2| (mm) (nm)(nm ) 137.7247937.754420.02963592.6592.6

迈克尔逊干涉仪测‘

实验四用迈克尔逊干涉仪空气的折射率一、实验目的用分离的光学元件构建一个迈克尔逊干涉仪。通过降低空气的压强测量其折射率。二、仪器和光学元件光学平台；HeNe 激光；调整架，35x35mm ；平面镜，30x30mm ；磁性基座；分束器50:50；透镜，f=+20mm ；白屏；玻璃容器，手持气压泵，组合夹具，T 形连接，适配器，软管，硅管三、实验原理借助迈克尔逊干涉仪装置中的两个镜，光线被引进干涉仪。通过改变光路中容器内气体的压强，推算出空气的折射率。 If two Waves having the same frequency ω , but different amplitudes and different phases are coincident at one location , they superimpose to ()()2211sin sin αα-?+-?=wt a wt a Y The resulting can be described by the followlng : ()α-?=wt A Y sin w ith the amplitude δ cos 22122212?++=a a a a A (1) and the phase difference 21ααδ-= In a Michelson interferometer , the light beam is split by a half-silvered glass plate into two partial beams ( amplitude splitting ) , reflected by two mirrors , and again brought to interference behind the glass plate . Since only large luminous spots can exhibit circular interference fringes , the Iight beam is expanded between the laser and the glass plate by a lens L . If one replaces the real mirror M3 with its virtual image M3 /, , Which is formed by reflection by the glass plate , a point P of the real light source appears as the points P / , and P " of the virtual light sources L l and L 2 · Due to the different light paths , using the designations in Fig . 2 , 图 2 the phase difference is given by : θλπδcos 22???=d （2） λis the wavelength of the laser ljght used . According to ( 1 ) , the intensity distribution for a a a ==21 is 2cos 4~2 22δ??=a A I (3) Maxima thus occur when δis equal to a multiple of π2,hence with ( 2 ) λθ?=??m d cos 2；m=1，2，….. ( 4 )

用迈克尔逊干涉仪测量激光波长

用迈克尔逊干涉仪测量激光波长〔引课：〕在大学物理中我们学习了光的薄膜干涉，知道薄膜干涉现象分为两种：在物理课上，我们只是从理论上研究了薄膜干涉的原理，那么在实验课上我们通过什么方法获得等倾或等厚干涉的图像呢？ ***************************** 迈克尔逊干涉仪 ***************************** ***注意*** 本实验只利用迈克尔逊干涉仪测量等倾干涉图像〔正课：〕实验目的与要求迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪的使用实验原理 1.迈克尔逊干涉仪的构造等厚干涉等倾干涉

2.迈克尔逊干涉仪的原理 (1) 光路图图30—2 迈克尔逊干涉仪光路图光源S发出的光到达分光板 1 G后，被分成振幅（强度）几乎相等的反射光（1）和透射光（2）。光束（1）向着 1 M前进，光束（2）经过 2 G后向着 2 M前进，这两束光分别在 1 M和2 M上反射后逆着各自的入射方向返回，最后到达光屏E。由于这两束光是来自同一光源S的同一束光，因此他们是两列相干光束，在E 处必有干涉图样形成。

(2) 光程差的计算 1M 和2M ˊ平行时（1M ⊥ 2M ），将观察屏垂直置于S 1和S 2ˊ连线处，就可以观察到等倾干涉圆环条纹。由于1M 和2M ˊ之间为空气，折射率n =1，故光程差 θδcos 2d =。并且有： θδcos 2d == ?? ? ? ?----+--------暗条纹明条纹λλ)2/1(k k （ k=0、1、2…）对光程差δ作进一步的分析：图30—4 非定域等倾干涉

实验40 用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长

实验40 用迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光器波长一、实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构及调整方法，并用它测光波波长 2.通过实验观察等倾干涉现象二、实验仪器氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪(250nm)、透镜、毛玻璃等。迈克尔逊干涉仪外形如图一所示。其中反射镜M1是固定的，M2可以在导轨上前后移动，以改变光程差。反射镜M2的移动采用蜗轮蜗杆传动系统，转动粗调手轮（2）可以实现粗调。M2移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺（5）上读得。通过读数窗口，在刻度盘（3）上可读到0.01mm；转动微调手轮（1）可实现微调，微调手轮的分度值为1×10-4mm。可估读到10-5mm。M1、M2背面各有3个螺钉可以用来粗调M1和M2的倾度，倾度的微调是通过调节水平微调（15）和竖直微调螺丝（16）来实现的。图一图二三、实验原理 1.仪器基本原理迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图二所示。M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜。P1、P2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。P1的一个表面镀有半反半透膜，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；P1称为分光板。当光照到P1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P2，在P1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P1射向E。由于光线（2）前后共通过P1三次，而光线（1）只通过P1一次，有了P2，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P 2称为补偿板。当观察者从E 处向P 1看去时，除直接看到M 2外还看到M 1的像M 1ˊ。于是（1）、（2）两束光如同从M 2与M 1ˊ反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M 1′～M 2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。 2.干涉条纹的图样本实验用He-Ne 激光器作为光源（见图三），激光S 射向迈克尔逊干涉仪，点光源经平面镜M 1、M 2反射后，相当于由两个点光源S 1ˊ和S 2ˊ发出的相干光束。S ˊ是S 的等效光源，是经半反射面A 所成的虚像。S 1′是S ′经M 1′所成的虚像。S 2′是S ′经M 2所成的虚像。由图三可知，只要观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内，都能看到干涉现象。如果M 2与M 1′严格平行，且把观察屏放在垂直于S 1′和S 2′的连线上，就能看到一组明暗相间的同心圆干涉环，其圆心位于S 1′S 2′轴线与屏的交点P 0处，从图四可以看出P 0处的光程差ΔL =2d ，屏上其它任意点P ′或P ″的光程差近似为 ?cos 2d L =? (1) 式中?为S 2′射到P ″点的光线与M 2法线之间的夹角。当λ?k d =?cos 2时，为明纹；当 2/)12(cos 2λ?+=?k d 时，为暗纹。由图四可以看出，以P 0为圆心的圆环是从虚光源发出的倾角相同的光线干涉的结果，因此，称为“等倾干涉条纹”。?=0时光程差最大，即圆心P 0处干涉环级次最高，越向边缘级次越低。当d 增加时，干涉环中心级次将增高，条纹沿半径向外移动，即可看到干涉环从中心“冒”出；反之当d 减小，干涉环向中心“缩”进去。图三图四由明纹条件可知，当干涉环中心为明纹时，ΔL =2d=k λ。此时若移动M 2（改变d)，环心处条纹的级次相应改变，当d 每改变λ/2距离，环心就冒出或缩进一条环纹。若M 2移动距离为Δd ，相应冒出或缩进的干涉环条纹数为N ，则有

实验8--迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长(306)

涉 2 θ M2 实验8 迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长（306）一、实验目的： 1、了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节使用方法； 2、了解光的干涉现象；观察、认识、区别等倾干涉 3、掌握用迈克尔逊干涉仪测He－Ne激光的波长的方法。二、实验仪器迈克耳逊干涉仪；He－Ne激光器三、实验原理如图2示，从光源S发出的光束射向分光板G1，被G 1底面的半透半反膜分成振幅大致相等的反射光1 和透射光2，光束１被动镜M2再次反射回并穿过G1到达 E；光束2穿过补偿片G2后被定镜M1反射回，二次穿过 G 2到达G 1 并被底层膜反射到达E；最后两束光是频率相同、振动方向相同，光程差恒定即位相差恒定的相干光，它们在相遇空间E产生干涉条纹。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（M２和M１′之间所夹）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，M２和M１′形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的等厚干涉条纹。 1、单色光的等倾干涉

激光器发出的光波长为λ，经凸透镜L 后会聚S 点。S 点可看做一点光源，经G １、M １、M ２′的反射，也等效于沿轴向分布的2个虚光源S １′、S ２′所产生的干涉。因S １′、S ２′发出的球面波在相遇空间处处相干，所以观察屏E 放在不同位置上，均可看到干涉条纹，故称为非定域干涉。当E 垂直于轴线时(见图2)，调整M １和M ２的方位使相互严格垂直，则可观察到等倾干涉圆条纹。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M ２和M １反射的两列相干光波的光程差为 δ＝2dcos θ …… （1）其中θ为反射光⑴在平面镜M ２上的入射角。由干涉明纹条件有 2dcos θｋ＝k λ …… （2） (考虑到θ较小，) （1） d 、λ一定时，若θ = 0，光程差δ = 2d 最大，即圆心所对应的干涉级次最高，从圆心向外的干涉级次依次降低；（2） k 、λ一定时，若d 增大，θ随之增大，可观察到干涉环纹从中心向外“涌出”，干涉环纹逐渐变细，环纹半经逐渐变小；当d 增大至光源相干长度一半时，干涉环纹越来越细，图样越来越小，直至消失。反之，当 d 减小时，可观察到干涉环纹向中心“缩入”。当 d 逐渐减小至零时，干涉环纹逐渐变粗，干涉环纹直经逐渐变大，至光屏上观察到明暗相同的视场。（3）对θ = 0的明条纹，有：δ=2d = kλ可见每“涌出”或“缩入” 一个圆环，相当于S 1S 2的光程差改变了一个波长Δδ=λ。当d 变化了Δd 时，相应地“涌出”（或“缩入”）的环数为 Δk，从迈克尔逊干涉仪附图1 d 变化时，等倾干涉条纹的变化特征

实验测量玻璃的折射率

《测量玻璃的折射率》学习材料【教学目的】 1．测定一块玻璃砖的折射率； 2．验证光的折射定律。【实验器材】 1块矩形玻璃砖、刻度尺、量角器、1张8开白纸、4枚大头针、1块木板、铅笔【实验原理】用两面平行的玻璃砖来测定玻璃的折射率。当光线斜入射进入两面平行的玻璃砖时，从玻璃砖射出的光线的传播方向是不变的，出射光线跟入射光线相比只有一定得侧移。只要我们找出跟某一入射光线对应的出射光线，就能求出在玻璃中对应的折射光线，从而求出折射角。再根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率n=sin i /sin r 。插针法确定光路的基本原理：当后两枚大头针与前两枚大头针在玻璃中的虚像处于同一视线上时，四枚大头针处于同一光路上。【实验步骤】 1、把白纸用图钉固定在木板上。 2、在白纸上画一条直线aa '作为界面(如图所示)，过aa '上一点O 作垂直于aa '的直线NN ′作为法线，过O 点画一条入射光线AO ，使入射角i 适当大些。 3、在AO 线上竖直地插两枚大头针1P 、2P ，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa '重合。 4、沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb '。 5、在玻璃砖的bb '一侧白纸上竖直地立一枚大头针3P ，调整视线，同时移动3P 的位置，使3P 恰好能同时挡住1P 、2P 的像，把大头针3P 竖直插在此时位置。

6、同样，在玻璃砖bb '一侧再竖直地插一枚大头针4P ，使4P 能挡住3P 本身，同时也挡住1P 、2P 的像。 7、移去玻璃砖，拔去大头针，过3P 、4P 做一条直线BO '交bb '于O '点，连接OO '， OO '就是入射光线AO 在玻璃砖内的折射光线，折射角为r 。 8、用量角器量出入射角i 和折射角r 的大小。 9、改变入射角i ，重复上面的步骤再做三、四次。 10、算出不同入射角时，n =sin i /sin r 的值，求出几次实验中n 的平均值就是玻璃的折射率。（或图像法求折射率:用sin i 表示纵坐标，用sin r 表示横坐标，则图线的斜率就是玻璃的折射率。）注：遇到通过作图判断两个量的关系的方法（不是线性关系的，化成线性关系）；【记录数据】数项值次数 1 2 3 入射角i 折射角r sin i sin r n =sin i /sin r 【注意事项】 1、玻璃砖应选择宽度较大的(一般要求5cm 以上)，以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。 2、操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线，以免损坏玻璃砖的光学表面。（先在白纸上画直线作为玻璃砖的界面，再画玻璃砖的另一界面时，对齐玻璃砖的另一长边，用大头针确定两点，并以此两点画直线bb '作为玻璃砖的另一界面。） 3、大头针应垂直地插在纸上，同侧两针之间的距离要稍大些；

迈克尔逊干涉仪实验

迈克尔逊干涉实验无非2班袁鹏一实验目的 1、学习按一定原理自行组装仪器的技能，通过自行组装迈克尔逊干涉仪学习光路的调整。 2、学习在组装的迈克尔逊干涉仪上开拓应用的技能。 3、在组装的迈克尔逊干涉仪上进行压电晶片电致伸缩效应的观测。粗略测出压电晶片的压电系数。二实验原理 1、迈克尔逊干涉仪的原理。迈克尔逊干涉仪是应用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器，仪器的光学系统由两个平面反射镜M 1和M 2 及两块材质相同、厚度相等的平行平面玻璃板G 1 和G2所组成，如上图所示。从光源S发出的光，射到分光板G1上，分光板G1后表面有半反射膜，将一束光分解成两束光；一束为反射光（1），另一束为透射光（2）,他们的强度近似相等。由于G1与M1、M2均成45度角，所以两束光都垂直的射到M1和M2，并经反射后回到G1上的半反射膜，再在观察处E相遇。因为光束（1）、（2）是相干光，若仪器调整得当，便可在E处观察到干涉图样。

G2为补偿板，其物理性能和几何形状与G1相同，它的作用是为了补偿光束（2）的光程，使光束（1）和光束（2）在玻璃中的光程完全相等。 2、干涉条纹的形成。由于半反射膜实质上是一块反射镜，它使M2在M1附近形成一个虚像M'2。由于是从观察处E看到的两束光好像是从M 1和M' 2 射来的，故可将M' 2 看成一个虚平面。因M' 2不是实物，它的表面和M 1 的表面所夹的空气薄膜可以任意调节。如使M 1、M' 2 平行则形成等厚的空气薄膜，产生等倾干涉；若不平行则形成空气劈尖，形成等厚干涉。从而在实验过程中可以观察到不同的干涉图样。（1）等倾干涉使M 2垂直M 1 （即M 1 平行M'2），S又为面光源时，这就相当于空气平面板所产生的等倾干涉。自M 1和M 2 反射后两光束的光程差（如果光束（1）、（2）在半反射膜上反射时无附加光程差）为i d cos 2 = ?，式中ｄ为M1 和M' 2间的距离，即为空气膜厚度。i为入射光M 1 、M' 2 镜表面的入射角。由上式可知，当d一定时，光程差只决定于入射角。面光源上具有相同倾角i的所有光束的光程差?也相同，它们在干涉区域里将形成同一条干涉条纹，这种干涉即为等倾干涉。对应不同入射角的光束光程差不相同，形成不同级次的干涉条纹，便得到一组明暗相间的同心圆环，条纹定域在无穷远处，在E处直接用眼睛就可以观察到等倾干涉的同心圆环。（2）等厚干涉当M 1、M' 2 相距很近，并把M' 2 调成与M 1 相交呈很小的角度时，就形成一空气劈尖。在劈尖很薄的情况下，从E处便可看到等厚干涉条纹。这时，两相干光程差仍可近似的表示为i d cos 2 = ?，在M1和M'2的交线处的直线纹称为中央条纹。在交线上，d=0，光程差?为零，条纹为一条直线；在交线附近d很小，i的变化可以忽略，即cosi视为常数，条纹为一组近似与中央条纹平行的等间距的直条纹，可视为等厚条纹；离交线较远处d变大，光程差?的改变，除了与膜厚度d有关外，还受i角的影响，cosi的影响不能忽略。实际上i 很小，i d cos 2 = ?≈2d(1-i2/2)，条纹发生弯曲。三实验仪器防振台氦氖激光光源凸透镜可变光栏直尺光屏分束镜反射镜支架压电晶片等

迈克尔逊干涉仪实验与最佳测量区间的分析

迈克尔逊干涉仪实验与最佳测量区间的分析摘要：用迈克尔逊干涉仪能观察到等倾干涉、等厚干涉条纹和白光干涉的彩色条纹。产生等倾干涉与等厚干涉不仅与M 1与2'M 之间的夹角α有关，还受其间空气层厚度d 的影响。在测H e-N e 激光波长时，通过分析，在一定的测量区间内，测得的波长误差较小。本文主要对等倾干涉等厚干涉所遇到的现象、特点及仪器的调节图像的判断进行分析，接着分析白光干涉现象中央条纹的亮暗，最后对测波长的最佳区间分析，并经过实验得出最佳测量范围。关键词：迈克尔逊干涉仪等倾干涉等厚干涉白光干涉最佳测量区间 Michelson interferometer experiment with the best measurement interval analysis Abstract: Such dumping intervention, uniform thickness interference, white stripe and color interference fringes as can be observed in the Michelson interferometer. Inclined to interfere in the formation and the thickness intervention with the M 1 and 2'M the angle, which is also affected by the air layer thickness d effects. The He – Ne laser wavelength measurement, after analysis, in a certain interval measurement, the measurement error of wavelength is smaller. In this paper, such as the dumping of interference encountered thick interference phenomena, characteristics and the regulatory apparatus judgment image analysis then analyzes white interference fringes of the central-darkness, in the final test ,after the best wavelength interval analysis, we carry out some experiments and make out the best measurement range Key words: Michelson interferometer dumping intervention uniform thickness interference the white light interference best sampling interval

用迈克尔逊干涉仪测水的折射率

物理实验设计性实验实验题目：用迈克尔逊干涉仪测水的折射率班级：实验日期：年月日

用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率实验课题及任务《用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率》实验课题任务是：根据液体的折射率比空气大，当一个光路中加有液体时，其光程差'l 会发生改变，根据这一的光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定水的折射率。学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。设计要求 ⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵根据实验用的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶用最小二乘法求出水的折射率n。 ⑷实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。实验仪器改装过迈克尔逊干涉仪、专用水槽及配件、激光器。学时分配教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验验收，在4学时内完成实验；提交整体设计方案时间学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。

原始数据记录：实验台号:

用迈克尔逊干涉仪测水的折射率实验题目：用迈克尔逊干涉仪测水的折射率总体设计方案思路或说明：本实验介绍了用迈克逊干涉仪测量液体折射率的方法，原理简单。在干涉仪导轨上平放一方形玻璃容器，内装待测液体，动镜铅垂地浸没在液体中。通过测出动镜在液体内的移动量及其相应的干涉条纹变化数，就能计算液体的折射率，有较高的测量精度。本实验分析了干涉仪上分光板的反射光通过空气、玻璃、液体，由反射镜反射后出现的多个反射光点，只有通过对这些反射光点的调节，才能得出干涉条纹并符合计算公式的要求。实验目的： 1、了解改装过的迈克尔逊干涉仪的原理，结构及调整方法。 2 、学会用改装过的迈克尔逊干涉仪测量水的折射率。实验仪器：迈克尔逊干涉仪、专用水槽及配件、激光器。实验原理： 1、仪器介绍图中1M 和2M 为两平面反射镜，1M 可在精密导轨上前后移动，而2M 是固定的。分光板1G 是一块平行平面板，板的第二面（近补偿板2G ）涂以半反射膜，它和反射镜1M 图1 成45°角。2G 是一块补尝板，其厚度及折射率1G 完全相同，且与1G 完全相同，它的作用是使光束（2）和光束（1）一样以相同的入射状态，分别经过厚度和折射率相同的玻璃板三次。从而1G 和 2P 对两束光的折射影响抵消，白光实验时，光路（1）分光镜色散的影响可消除。单色光实验时，条纹形

玻璃折射率的测量方法

课程论文题目：对玻璃折射率测定方法的探究班级：2010级物理学本科班姓名：学号：指导老师：对玻璃折射率测定方法的探究

摘要：通过不同的方法测定玻璃的折射率，在对实验现象观察的同时，比较不同的方法之间的区别，并将实验结果与真实值比较。关键词：玻璃，分光计，顶角，偏向角，折射率。引言：运用钠灯灯光或激光照射玻璃，通过观察折射或反射光的性质来确定玻璃的折射率。实验方法：（一）最小偏向角法： 1. 实验仪器与用具：分光计，玻璃三棱镜，钠灯。 2. 实验原理：（1）将待测的光学玻璃制成三棱镜，可用最小偏向角法测其折射率n ．测量原理见图1，光线α代表一束单色平行光，以入射角i 1投射到棱镜的AB 面上，经棱镜两次折射后以i 4角从另一面AC 射出来，成为光线t .经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线α和出射光线t 延长线的夹角δ来表示，δ称为偏向角．由图1可知δ＝(i 1－i 2)＋(i 4－i 3)＝i 1＋i 4－A ．此式表明，对于给定棱镜,其顶角 A 和折射率n 已定，则偏向角δ随入射角i 1而变，δ是i 1的函数. （2）用微商计算可以证明，当i 1＝i 4或i 2＝i 3时，即入射光线a 和出射光线t 对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用δm 表示.此时，有i 2＝A /2， i 1＝(A ＋δm )/2，故2 2m A A n sin sin δ+=。用分光计测出棱镜的顶角A 和最小偏向角δm ,由上式可求得棱镜的折射率n ． 3.实验内容： 3.1棱镜角的测定图1

置光源于准直管的狭缝前，将待测棱镜的折射棱对准准直管，由准直管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。在棱镜的另外两侧分别找到狭缝像与竖直叉丝重合，分别记录此时分光计的读数''1212,,,V V V V ，望远镜的两位置所对应的游标读数之差为棱镜角A 的两倍。 3.2最小偏向角的测定（1）将待测棱镜放置在棱镜台上，转动望远镜使能清楚地看见钠光经棱镜折射后形成的黄色谱线。（2）刻度内盘固定。缓慢转动载物台，改变入射角，使谱线往偏向角减小的方向移动，用望远镜跟踪谱线观察。（3）当载物台转到某一位置，该谱线不再移动，如继续按原方向转动载物台，可看到谱线反而往相反的方向移动，即偏向角变大。该谱线偏向角减小的极限位置即为最小偏向角位置。（4）反复实验，找出谱线反向移动的确切位置。固定载物台，微动望远镜，使叉丝中间竖线对准谱线中心，记录此时分光计的读数12,V V 。（5）转动载物台，使光线从待测棱镜的另一光学面入射，转动望远镜至对称位置，使光线向另一侧偏转，同上找出对应谱线的极限位置，相应的游标读数为 ' ' 12V V 和。同一游标左右两次数值之差是最小偏向角的2 倍，即 '' 1122()/4m V V V V δ=-+- 4.实验数据记录表2：最小偏向角

迈克尔逊干涉仪实验报告

实验目的： 1）学会使用迈克尔逊干涉仪 2）观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。实验仪器：氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理：迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源S 出发的光经过称。45放置的背面镀银的半透玻璃板1P 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光路1通过1M 镜反射并再次通过1P 照射在观察平面E 上，光路2通过厚度、折射率与1P 相同的玻璃板2P 后由2M 镜反射再次通过2P 并由1P 背面的反射层反射照射在观察平面E 上。图中平行于1M 的'2M 是2M 经1P 反射所成的虚像，即1P 到2M 与1P 到'2M 的光程距离相等，故从1P 到2M 的光路可用1P 到'2M 等价替代。这样可以认为1M 与'2M 之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动1M 完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M 镜或2M 镜的角度实现。当1M 与' 2M 平行时可以在观察平面E 处观察到等倾干涉现象，当1M 与'2M 有一定的夹角时可以在观察平面E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理：由等倾干涉条纹的特点，当θ =0 时的光程差δ 最大，即圆心所对应的干

涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当于增大了和 k 相应的θ 角，可以看到圆环一个个从中心“冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与M ’之间距离变化了半个波长。若将 M 与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干涉环变化，则△d =N 由此可测单色光的波长。 3：钠光双线波长差的测定：在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到随着动镜1M 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为：实验内容与数据处理：（1）观察非定域干涉条纹 1）通过粗调手轮打开激光光源，调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜2M 入射，取掉投影屏E ，可以看到两排激光点 2）粗调手轮移动1M 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3）调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使两排激光点重合为一排，并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏E ，就可以看到干涉条纹。 4）仔细调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使1M 与' 2M 平行，这时在屏上可以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5）转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差改变的变化情况。

“迈克尔逊干涉仪”实验报告

“迈克尔逊干涉仪”实验报告【引言】迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊(A.A.Michelson)发明的。1887年迈克尔逊和莫雷(Morley)否定了“以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。迈克尔逊用镉红光波长作为干涉仪光源来测量标准米尺的长度，建立了以光波长为基准的绝对长度标准，即1m=1 553 164．13个镉红线的波长。在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。【实验目的】（1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。（2）测量光波的波长和钠双线波长差。【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、钠光灯、扩束镜【实验原理】 1.迈克尔逊干涉仪结构原理图1是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源 S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1 和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。 G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。

《用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率》

评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：用迈克尔逊干涉仪测量玻璃的折射率班级：电信06-1 姓名：林清伟学号：21 指导教师：方运良茂名学院技术物理系大学物理实验室实验日期：2007年11月29 日

《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片折射率》实验提要实验课题及任务《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片厚度》实验课题任务是：根据玻璃的折射率比空气大，当玻璃片加到一个光路中时，必产生一光程差l ?，这个光程差会造成中央条纹会发生位移的现象，根据这一特定的光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定玻璃的折射率。学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片的折射率》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按撰写科学论文的要求写出完整的实验报告。设计要求 ⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶ 测量5组数据，测量玻璃的折射率n 。 ⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。 ⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。有关提示若用白光作光源，在一般情况下，不出现干涉条纹。进一步分析还可看出，在2M 、1'M 两面相交时，交线上0=d ，但是由于1、2两束光在半反射膜面上的反射情况不同，引起不同的附加光程差，故各种波长的光在交线附近可能有不同的光程差。因此，用白光作光源时，在2M 、1'M ，两面的交线附近的中央条纹可能是白色明条纹，也可能是暗条纹。在它的两旁还大致对称的有几条彩色的

迈克尔逊干涉仪测量空气折射率

空气折射率的测量学习要点和重点： 1、迈克尔逊干涉仪原理， 2、利用迈克尔逊干涉原理测量气体折射率的方法。学习难点： 1、光路的调整， 2、干涉条纹变化数目的读取。迈克尔逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间上是分开的，在其中一支光路上放进被研究对象不会影响另一支光路。本实验利用迈克尔逊原理测量空气折射率。一、实验目的与要求 1、学习一种测量气体折射率的方法； 2、进一步了解光的干涉现象及其形成条件； 3、学习调整光路的方法。二、实验仪器 He-Ne 激光器、反射镜2个、分束镜、扩束镜、气室、打气球、气压表、毛玻璃等。三、实验原理迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。其中，G 为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。 M 1、M 2为互相垂直的平面反射镜，M 1、M 2镜面与分束镜G 均成450角；M 1可以移动，M 2固定。2M '表示M 2对G 金属膜的虚像。从光源S 发出的一束光，在分束镜G 的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G 反射出后投向M 1镜，反射回来再穿过G ；光束2投向M 2镜，经M 2镜反射回来再通过G 膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M 1、M 2镜时，两束光的光程差δ为 M 2M 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图

)(22211L n L n -=δ （1）式中，1n 和2n 分别是路程1L 、2L 上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为λ，当 ,3 ,2 ,1 ,0 ,==K K λδ （2）时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。由式（1）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。当1L 支路上介质折射率改变1n ?时，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为N 。由（1）式和（2）式可知 1 12L N n λ = ? （3）例如：取nm 0.633=λ和mm L 1001=，若条纹变化10=N ，则可以测得0003.0=?n 。可见，测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数N ，就能测出光路中折射率的微小变化。正常状态（Pa P C t 501001325.1,15?==）下，空气对在真空中波长为nm 0.633的光的折射率 00027652.1=n ，它与真空折射率之差为410765.2)1(-?=-n 。用一般方法不易测出这个折射率差，而用干涉法能很方便地测量，且准确度高。四、实验内容及步骤（一）实验装置实验装置如图2所示。用He-Ne 激光作光源（He-Ne 激光的真空波长为nm 0.633=λ），并附加小孔光栏H 及扩束镜T 。扩束镜T 可以使激光束扩束。小孔光栏H 是为调节光束使之垂直入射在M 1、M 2镜上时用的。另外，为了测量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室，其长度为L 。气压表用来测量气室内气压。在O 处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。（二）测量方法图2 测量空气折射率实验装置示意图气压表