利用迈克尔孙干涉仪测量透明体的折射率
利用迈克尔孙干涉仪测量透明体的折射率
母柏松马孟祺陈云琳+
北京交通大学理学院国家级物理实验中心
摘要：光的干涉在光学领域有着广泛的应用，本文提出用迈克耳孙干涉仪测量薄透明体折射率的方法，当被测透明体插入迈克耳孙干涉仪的光路中时，其会与光路呈不同夹角，对应光程变化可通过等倾干涉圆环的变化，根据实验仪器吞吐圆环数、薄透明体厚度、薄透明体折射率、薄透明体与光路夹角之间的关系，据此可同时测得薄透明体厚度和折射率。并且在测量过程中系统不再变动，可使系统误差进一步降低。
关键词：迈克尔孙干涉仪；单色光；分光计；折射率.
The index of refraction of transparency measured by Michelson interferometer
MU bai-song MA meng-qi CHEN yun-lin
(Center of Physical Experiment of School Science, Beijing Jiaotong University) Abstract: Interference of light in the optical field has a wide range of applications, this paper proposes the use of a Michelson interferometer for measuring the refractive index of thin transparent materials method, when the measured transparent body is inserted into the Michelson interferometer light path, the light path at different angles with a corresponding change in optical path length, the equal inclination interference fringes changes, according to experiment instrument handling ring number, thickness of thin transparency, refractive index of thin transparent materials, a thin transparent body and the angle of the relationship between optical path, the simultaneous measurement of refractive index and thickness of thin transparency. In the process of measurement, the system does not change and the system error can be made to further reduce.
Key words: Michelson interferometer; monochromatic light; spectrometer; index of refraction;
1 引言
迈克耳孙干涉仪是一种典型的分振幅双光束干涉装置，在物理量测量及检测成像等方面有广泛的应用，如：测量钠黄光波长及钠黄光双线的波长差、测量光
作者简介：母柏松（1992--），男，本科生
波的相干长度等【1-3】。用迈克尔孙干涉仪测量折射率，一般采用钠光光源，通过观测白光干涉条纹的方法，先调出白光0光程差的彩色干涉条纹，在光路1或2中垂直光线方向插入被测物，再调出0光程差的彩色干涉条纹，反射镜移动距离d 与透明体厚度t 、透明体折射率n 、空气折射率n 0（n 0大致取1）有关系式【4-7】1
)1-(n t d = (1) 由此可得 t d n /1+= (2)
但是该方法必须知道薄透明体的厚度或折射率之一，通过测出M1镜前移的距离d ，才能得到测量体的折射率或厚度。本文提出一种使用迈克尔孙干涉仪测量透明体折射率和厚度的新方法，借助单色光的等倾干涉现象，无需已知所测透明体的厚度，通过间接测量，求得透明体折射率和厚度的方法，相比于一般方法，此种方法可以进一步降低系统误差，提高系统精度。
2 实验设计原理
迈克尔孙干涉仪测薄透明体折射率的原理图见图1，图中S 为单色光光源，G 1和G 2是相同的玻璃片，G 1镀银使入射光分为等振幅的反射光1和透射光2，G 2起光路补偿作用，M 1，M 2是平面反射镜，Q 是垂直与光路1方向插入的透明体被测物，Q 1是Q 经偏转后与光路1成夹角的薄透明体，G 1,G 2与M 1,M 2有45度夹角，调整M 1与M 2精确垂直，视场F 处可观察到清晰等倾干涉圆环，单色光测薄透明体光程差变化原理见图2，Q 与光路1垂直时调出等倾干涉圆环后，在光路以外垂直光路方向为轴缓慢旋转，在F 处可观察到等倾干涉圆环吃进或吐出，光程差增加，圆环冒出，反之吃进】【7-4。由图2可知，光程差变化Δ有关系式（3）
图1 测量厚度和折射率原理图
图2 光程差变化原理图
)](2[nDE AD GI nAG +-+=? (3)
由图可知：t ==HI DE , BD AD AB += ,GH BD =,
)(cos βα-=AG AB ,βt/cos =AG
折射定律： βαc o s s i n 0n n = (1n 0=) , 代入式（3）
]}cos )/-(cos [-2{nt/cos nt t t ++=?ββαβ
)-1c o s -s i n -(222n n t +=αα (4) F 处观察到等倾干涉圆环吃进或吐出数N 与Δ有：λN =?
将Δ代入式（4）得
)-1cos -sin -(222n n t N +=ααλ (5) 从式（5）可以看出，若测的两组圆环的吞吐数N 及相对应的偏转角α，即可求解方程组，求出折射率的大小，进而同时获得透明体厚度的值。
3 透明介质折射率和厚度的测定
选择钠光灯作为单色光源，被测物体选用平板光学玻璃片，玻璃薄片用自制
的固定延伸装置定位在分光计载物台水平方向的中心延长线上，且垂直于载物台，玻璃薄片在水平和垂直方向均可微调。
实验中调整α=0时，先调整玻璃片固定延伸臂α大致等于0，实验中发现在调整α角度过0点时，条纹将发生吞吐变化，吞吐变化拐点处延伸臂与光路1夹角α大致等于0，再微调延伸臂、玻璃薄片，可以观察到薄片反射光形成的等倾干涉圆环，反复调整α角和玻璃薄片使两圆心重合，此时玻璃薄片垂直于光路1，α=0，测量时缓慢小心偏转，使玻璃片沿同一个方向变化。实验装置示意图如图3所示。
α的测量与计算如图4所示，首先使延长臂通过刻度圆盘中心交圆盘于A 、B 两点记下此两点的读数，然后偏转玻璃薄片，延长臂与刻度圆盘交于C 、D 两点，记下其读数⌒AC 、⌒
CD 两弧的读数。
BDP ABD APC ∠-∠=∠=α
＝⌒AD / 2－（π－⌒
CAB / 2）
＝⌒AC ＋⌒
CD / 2－π/2 （6）
图3 实际装置示意图
图4 α的测量与计算
4 理论误差计算
利用上述原理，本实验共测量了8组数据，利用格拉布斯准则剔除了2组坏值，所测得的实验数据见表1，利用测量数据值计算，获得α和n的平均值，由此计算出折射率与厚度的不确定度，具体方法如下：
λ为常数故式（5）为间在本实验中N为吐出圈数，无不确定度，nm
=
589
3.
接测量量t，n与直接测量量N，α的关系式，为求得n，t的不确定度，可利用
类似于控制变量的方法，分别求解n ，t 的不确定度。
首先计算折射率n 的不确定度，对于式（5）左右同时对α求导有 )sin cos sin 22(sin 21022αααααα??-+-??-=n n n
n （7） 其中n=1.510，i α)6,5,4,3,2,1(=i α分别代入（7）得i n α??相应的值即可得到
009.06161)()(=??=∑=i i
n i u n u αα （8）
其次计算透明体厚度t 的不确定度，同理左右同时对α求导有
)sin sin 2sin ()1cos sin (02222αα
αααα+--+-+--??=
n t n n t （9） 将i α)6,5,4,3,2,1(=i α分别代入（9）得
i t α??相应的值即可得到 ∑==??=61)()()(048.061i i t mm u t u i
αα （10） 故可得厚度的不确定度为0.048,折射率的不确定度为0.009，故厚度t =（0.987+0.048）mm ，折射率n=1.510+0.009，与实际给出的厚度t =（0.990+0.001）mm ，折射率n=1.5216相比较，基本吻合。以上结果表明，在不确定度允许的范围内，玻璃板折射率的实验测量值与真值相符，从而证明了本文所提出的薄透明体折射率与厚度的测量方法是切实可行的。
表1 N ，α ，n ，t 值记录表 N （吐出圈数）
10 20 30 40 50 60 ɑ/°(偏转角）
25°27′ 33°45′ 39°45′ 46°3′ 50°57′ 57°3′ n （折射率）
1.541 1.529 1.510 1.531 1.555 1.532 t/（mm ）（厚度）
0.986 0.988 0.986
0.987 0.988 0.987 5 结 论
实验测量结果表明，本文所提出的实验方法可行，当迈克耳孙干涉仪光路中
的被测薄透明体与光路呈不同夹角时，对应的光程变化可通过等倾干涉圆环的变化定量测量出吞吐圆环数、薄透明体厚度、薄透明体折射率、薄透明体与光路夹角之间的关系。本方法测量精度高，使用仪器少，设备简单，影响测量结果的因素少，测试结果与真值吻合较好。实验中只需调整更换被测物，若使用光学减震平台，电子测角仪，并采用计算机处理数据，可进一步提高测量精度，适合实际光测量工程需求。
参考文献：
【1】赵斌.透明体厚度和折射率测量【J】.大学物理，2004
【2】王本菊张佳慧.光的干涉应用---测量透明介质的折射率.2001
【3】魏茂金，张朝清.迈克尔孙干涉仪测量介质板折射率的问题研究【J】.2010 【4】皇甫国庆.对白光干涉法测量透明介质折射率实验的讨论【J】.物理实验，2011
【5】陶振英.在迈氏仪上用白光干涉测量的方法【J】.大学物理，2004,23（2）：47-48
【6】邓晓颖.迈克尔孙干涉一侧薄透明体厚度和折射率【J】.西安工业学院学报，2004，24（4）：383-387
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
迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告
实验十四迈克耳孙干涉仪的调节与使用 迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙(A、A、Michelson)与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长 λ=643、84696nm)就是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。她定义1m=1553164、13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然就是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1、学习迈克耳孙干涉仪的原理与调节方法。 2、观察等倾干涉与等厚干涉图样。 3、用迈克耳孙干涉仪测定He－Ne激光束的波长与钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪,He－Ne激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪就是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。 S-激光束;L-扩束镜;G1-分光板;G2-补偿板;M1、M2- 反射镜;E-观察屏。 图7-1迈克耳孙干涉仪光路图 从氦氖激光器发出的单色光s,经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束,该光束射到与光束成45?倾斜的分光板G1上,G1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)与(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1与M2上,经两平面镜反射至G1后汇合在一起。仔细调节M1与M2,就可以在E处观察到干涉条纹。
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精品
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 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 P 1 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光， 光 路 1 通过 M 1 镜反射并再次通过 P 1 照射在观察平 面 E 上，光路 2 通过厚度、折射率与 P 1 相同的玻 璃板 P 2 后由 M 2 镜反射再次通过 P 2 并由 P 1 背面的 反射层反射照射在观察平面 E 上。图中平行于 M 的M ' 是M 经 P 反射所成的虚 1 2 2 1 像，即 P 到 M 与 P 到 M ' 的光程距离相等，故从 P 到M 的光路可用 P 到M ' 等 价替代。这样可以认为 M 与 M ' 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 M 1 完成，空气间隙的夹角可以通过改变 M 1 镜或 M 2 镜的角度实现。 当 M 与M ' 平行时可以在观察平面 E 处观察到等倾干涉现象，当 M 与M ' 有一 1 2 1 2 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
1 2 1 2 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 M 1 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 M 2 入射，取掉投影屏 E ，可以看到两排激光点 2） 粗调手轮移动 M 1 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M 1 、M 2 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 M 、 M 镜后面的两个旋钮，使 M 与 M ' 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。
迈克尔逊干涉仪及其应用
迈克尔逊干涉仪及其应用 迈克尔逊干涉仪的应用 迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法实现干涉的精密光学仪器．自1881 年问世以来，迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验：否定“ 以太” 的迈克尔逊—莫雷实验；光谱精细结构和利用光波波长标定长度单位．迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性．根据迈克尔逊干涉仪的基本 原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域． 【预习要求】 1. 阅读实验十六，理解光的干涉、等倾干涉与等厚干涉 . 2. 了解定域干涉与非定域干涉概念 . 3. 了解迈克尔逊干涉仪的结构和使用 . 【实验目的】 1. 研究迈克尔逊干涉仪上各种光的干涉现象 . 2. 了解迈克尔逊干涉仪的应用 . 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪，法布里－珀罗干涉仪，氦氖激光器，钠光灯，白炽灯， 扩束镜 【实验要求】 1. 定域干涉与非定域干涉的研究 （1）观察激光产生的定域干涉与非定域干涉； （2）粗略测定激光定域等倾干涉条纹和等厚干涉条纹的定域位置（精确到 mm ）； （3）观察钠光产生的定域干涉与非定域干涉 . 2. 钠光双线波长差与相干长度的测定 （1）用迈克耳孙干涉仪测定钠光双线波长差； （2）用迈克耳孙干涉仪测定钠光相干长度；
（3）用迈克耳孙干涉仪考察氦－氖激光的相干长度 . 3. 钠光双线波长差的测定与考察补偿板的作用 （1）用迈克耳孙干涉仪测定钠光双线波长差； （2）用法布里－珀罗干涉仪测定钠光双线波长差； （3）观察无补偿板的迈克耳孙干涉仪中条纹的特点 . 【实验提示】 1. 如何获得点光源和面光源？如何测定干涉条纹的定域位置？ 2. 钠光包含中心波长分别为589.0nm 和589.6nm 的两条谱线，在迈克耳逊干涉仪中它的干涉条纹有什么特点？ 测波长差的公式；能用测出的波长差计算相干长度吗？测定光源相干长度的方法，实际可能达到的精度 . 3. 钠光包含中心波长分别为589.0nm 和589.6nm 的两条谱线，在迈克耳逊干涉仪和法布里－珀罗干涉仪中它的干涉条纹各有什么特点？ 4. 迈克耳逊干涉仪中补偿板有哪些作用？ 5．考虑实际可能达到的精度，确定是否要用微动手轮，应如何安排测量次数，如何处理数据 . 【设计报告要求】 1 . 写明实验的目的和意义 2 . 阐明实验原理和设计思路 3 . 说明实验方法和测量方法的选择 4 . 列出所用仪器和材料 5 . 确定实验步骤 6 . 设计数据记录表格 7 . 确定实验数据的处理方法 【思考题】
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
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
马赫曾德干涉仪实验讲义
马赫曾德干涉仪 马赫——曾德干涉仪。马赫——曾德干涉仪（Mach-Zehnder; inter-ferometer）是一种 以实现干涉，被广泛用作传感器和光调制器。 一、实验目的 1．掌握马赫曾德干涉仪的原理和结构； 2. 组装并调节马赫曾德干涉仪，观察干涉条纹。 3. 学会调节两束相干光的干涉； 二、实验原理与仪器 He-Ne 激光器、平面反射镜1和平面反射镜2 、分束器、合束器、扩束滤波准直系统、可变光阑、光强衰减片、白屏。 图1 实验装置及光路图 图1为马赫曾德的实验装置图，：由He-Ne激光器发出的激光由扩束镜（显微物镜）、针孔滤波和透镜准直后形成宽口径平面波，经可变光阑后，光斑直径变为1厘米后，再经分束器形成两路：透射光和反射光。透射光被反射镜2反射后垂直入射到原始物平面Po上的物体上，经衍射后的物光经过合束器到达距离z=20厘米处的CCD记录面P H上。经过分束器后的反射光作为参考光被反射镜1和合束器反射到P H面上与物光干涉产生干涉条纹，被CCD 记录下来传输到计算机中。 三、实验内容和步骤 1 光学器件的共轴调节 调节激光器水平，调整各器件的高度的俯仰，使其共轴。在调节透镜时要注意反射光点重合。
2 平行光调节 利用调平的激光器，通过调节扩束准直系统，得到平行光。加入可变光阑，使平行光中心通过光阑的中心。通过针孔滤波和透镜准直获得宽口径平面波后搭建MZ干涉仪，保证两束光在合束器后完全重合并产生平行直条纹的干涉图样。 3.首先在激光束的传播方法放置分束器，将He-Ne激光器的主光束平分得到两个分光束。调整分束器角度，得到两条严格垂直的分光束。在光路1中放置反射镜1，将分光束1的传播方向改变，该反射镜与分光器位于同一列螺纹孔。反复调节反射镜的位置和反射角度，得到严格平行并且等高的两束光线。在光路2中放置反射镜2，如果调节的方法正确，主分光束的反射光和另外一条分光束可以刚好在空间相交，该交点基本可以刚好满足严格的等过程。 4.大致调整好分束镜和反射镜的光路，使两路光在合束器上汇合，并出射在白屏上（确定光斑是否落在各镜面中心，可用擦镜纸轻轻挡在镜面前观察光斑的位置）。 5.固定一路激光，测量记录光路的长度。调整另一路光路，使这路光的长度与刚刚记下的光路一致，固定光路。 6.将白屏移远（至少2m），观察白屏上的两个激光斑，若不重合，调节分束镜的控制钮，使两个光斑完美重合。 7.把白屏移回适合观察的位置，细调分束镜的控制钮并观察白屏上的激光干涉现象，直到现象最明显为止，得到清晰的竖直干涉条纹。 五、思考题 1.如果分束器后两路光光强不同，应该使用什么元件改善？ 2.马赫曾德干涉仪和迈克尔逊干涉仪的区别是什么？各有什么特点？
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。
迈克耳孙干涉仪实验报告
迈克耳孙干涉仪实验报告 摘要：迈克耳孙干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型。本实验利用迈克耳孙干涉仪对光的干涉基本现象进行了观察，对单色光波长进行了测定，并对光场的时间相干性进行了研究。 关键词：迈克耳孙干涉仪；光的干涉；单色波波长；光场的时间相干性 The Report of Michelson Interferometer Experiment Abstract: The Michelson interferometer is the model of many modern interferometers because of its elaborate design and widespread use. The experiment observed the basic phenomenon of interference of light, measured the wavelength of monochromatic light and studied the temporal coherence of light field. Key words: Michelson interferometer; interference of light; wavelength of monochromatic light; temporal coherence of light field 1881年迈克耳孙制成第一台干涉仪。后来，迈 克耳孙利用干涉仪做了三个文明于世的实验：迈克耳孙-莫雷以太零漂移、推断光谱精细结构、用光波波长标定标准米尺。迈克耳孙在精密仪器以及用这些仪器进行的光谱学和计量学方面的研究工作上做出了重大贡献，荣获1907年诺贝尔物理奖。迈克耳孙干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型，它不仅可用于精密测量长度，还可应用于测量介质的折射率，测定光谱的精细结构等。本实验利用迈克耳孙干涉仪对光的干涉基本现象进行了观察，对单色光波长进行了测定，并对光场的时间相干性进行了研究。1.实验原理及仪器介绍 1.1 迈克耳孙干涉仪简介 迈克耳孙干涉仪是根据分振幅干涉原理制成的精密实验仪器，主要由４个高品质的光学镜片和一套精密的机械传动系统装在底座上组成，其结构如图1所示。
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6-5-迈克尔逊干涉仪的原理与使用
实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用 一．实验目的 （1）.了解迈克尔逊干涉仪的基本构造，学习其调节和使用方法。 （2).观察各种干涉条纹,加深对薄膜干涉原理的理解。 （3).学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。 二．实验原理 1．迈克尔逊干涉仪光路 如图所示,从光源S 发出的光线经半射镜 的反射和透射后分为两束光线,一束向上 一束向右,向上的光线又经M １ 反射回来, 向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来? 在半反射镜处被再次反射向下，最后两束光线在 观察屏上相遇,产生干涉。 2.干涉条纹 （1).点光源照射——非定域干涉 如图所示，为非定域干涉的原理图。点Ｓ1是光源 相对于M1的虚像，点S ２’是光源相对于M2所成 的虚像。则Ｓ1、S2`所发出的光线会在观察屏上形 成干涉。 当M1和M2相互垂直时,有S1各S2`到点A 的 光程差可近似为： i d L cos 2=? ① 当A 点的光程差满足下式时 λk i d L ==?cos 2 ② A 点为第ｋ级亮条纹。 由公式②知当i 增大时c ｏsi 减小,则k 也减小,即条纹级数变高,所以中心的干涉条纹的级次是最高的 （2)扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃，则形成扩展光源,此时形 成的干涉为定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。 ①．M １与Ｍ2严格垂直时，这时由于d 是恒定的,条纹只与入射角i 在关，故是等倾干涉 ②．M １与M2并不严格垂直时，即有一微小夹角,这种干涉为等厚干涉。当Ｍ１与M2夹角很小,且入射角也很小时,光程差可近似为 )21(2)2sin 1(2cos 222 i d i d i d L -≈-=≈?③ 在M1与Ｍ２`的相交处,d ＝0,应出现直线条纹,称中央条纹。 ３．定量测量 (1).长度及波长的测量 由公式②可知,在圆心处i ＝0 0， ｃosi=1,这时 λk d L ==?2 ④ 从数量上看如ｄ减小或增大N 个半波长时,光程差L ?就减小或增大N 个整波长，对应
迈克耳孙干涉仪实验报告
实验名称：迈克耳孙干涉仪 实验日期：2010.12.7 实验人：缪盈盈 实验目的： 1．了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构及调节方法. 2．研究定域干涉、非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及光 源的时间相干性、空间相干性. 3．利用迈克耳孙干涉仪测量氦氖激光的波长. 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M1、M2和一个45°放置的半反射镜M组成．不同的光源会形成不同的干涉情况． 1．当光源为单色点光源时，它发出的光被M分为光强大致相同的两束光(1)和(2)，如图6-22所示．其中光束(1)相当于从虚像S’发出．再经M1反射，成像于S’1；光束(2)相当于从虚像S’发出，再经M’2反射成像于S’2(M’2是M2关于M所成的像).因此，单色点光源经过迈克耳孙干涉仪中两反射镜的反射光，可看作是从S’1和S’2发出的两束相干光．在观察屏上，S’1与S’2的连线所通过点P0的程差为2d，而在观察屏上其他点P的程差约为2dcosi (其中d是M1与M’2的距离，i是光线对M1或M’2的入射角)．因而干涉条纹是以P0为圆心 的一组同心圆，中心级次高，周围级次低．若M1与M2的夹角偏离90°，则干涉条纹的圆心可偏出观察屏以外，在屏上看到弧状条纹；若偏离更大而d又很小，S’1与S’2的连线几乎与观察屏平行，则相当于杨氏双孔干涉，条纹近似为直线．无论干涉条纹形状如何，只要观察屏在S’1与S’2发出的两束光的交叠区，都可看到干涉条纹，所以这种干涉称为“非
2．如果改用单色面光源照明，情况就不同了，如图6－23所示．由于面光源上不同点所发的光是不相干的，若把面光源看成许多点光源的集合，则这些点光源所分别形成的干涉条纹位置不同，它们相互叠加而最终变成模糊一片，因而在一般情况下将看不到干涉条纹．只有以下两种情况是例外：①M1与M2严格垂直，即M1与M’2严格平行，而把观察屏放在透镜的焦平面上，如图6—23(a)所示．此时，从面光源上任一点Ｓ发出的光经M1和M2反射后形成的两束相干光是平行的，它们在观察屏上相遇的光程差均为2dcosi，因而可看到清晰而明亮的圆形干涉条纹．由于d是恒定的，干涉条纹是倾角i为常数的轨迹，故称为“等倾干涉条纹”.②M1与M2并不严格垂直，即M1与M’2有一个小夹角α．可 以证明，此时从面光源上任一点S发出的光经M1和M2反射后形成的两束相干光相交于M1或M2的附近．因此，若把观察屏放在M1或M2对于透镜所成的像平面附近，如图6—23(b)所示，就可以看到面光源干涉所形成的条纹.如果夹角α较大而i角变化不大，则条纹基本上是厚度d为常数的轨迹，因而称为“等厚干涉条纹”．显然，这两种情况部只在透 镜的焦平面或像平面上才能看到清 晰的条纹，因而是“定域干涉”. 3．如果用非单色的白光为光源，情 况更不相同．无论是点光源或面光 源，要看到干涉条纹，必须满足光 程差小于光源的相干长度的要求， 即2dcosi＜ΔL．对于具有连续光谱的白光，ΔL极小，因而仅d≈0时，才能看到彩色的干涉条纹．这虽然为观察白光条纹带来了困难，却为正确判断d=0的位置提供了一种很好的实验手段．
迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告
测量空气折射率实验报告 一、 实验目的： 1.进一步了解光的干涉现象及其形成条件，掌握迈克耳孙干涉光路的原理和调节方法。 2.利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气的折射率。 二、 实验仪器： 迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。 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。 M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G 均成450角； M1可以移动，M2固定。2 M '表示M2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M1镜，反射回来再穿过G ；光束2投向M2镜，经M2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M1、M2镜时，两束光的光程差δ为 )(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。 M 2M 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图
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M1、M2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。 图2 测量空气折射率实验装置示意图 气压表
组合干涉仪实验
组合干涉仪实验 内容（一） 干涉测量技术是一种利用光的干涉现象来测量某些物理量的微小变化的技术,一般情况下,它是将一束光通过光学元件分为两束,一束作为参考光,另一束作为测量光,测量光落在被测物体上或通过被测样品,然后再将这两束光重新拟合,利用干涉图形的变化,检查出目标某个物理量的微小变化. 这种测量方法由于大多采用高稳定度的、长相干的激光作为光源，因此一般都具有大量程、高分辨率、高精度、对目标影响小的特点，被广泛应用在国民经济的各个领域。 该技术在实际应用中，根据使用环境和要求的不同，往往采用不同的光路结构。本实验主要搭构三种较为常见的光路结构，组成①迈克尔逊干涉仪，②马赫-曾德尔干涉仪，③萨格奈克干涉仪，以熟悉它们的结构和特点。 实验目的 1.熟悉三种干涉仪结构； 2.研究空气折射率与压强的关系。 实验原理 1.迈克尔逊干涉仪 迈克尔逊（Michelson）干涉仪作为一种十分古老的干 涉仪，于1880年由迈克尔逊发明，并主要由此于1907年 获得诺贝尔奖金。迈克尔逊干涉仪基本光路结构如图1， 常被用来测量物体的微小位移变化。从光源1发出的一束 相干光经分束镜2一分为二，分为两束。一束透射光落在 反射镜M1上，另一束反射光落在发射镜M2上，M1、M2分别将这两束光沿原路反射回来，在分束镜1上重合后射入扩束镜3，投影在白屏4上，如果我们对光路调整的合适，将在白屏上看到一系列的明暗相间的干涉条纹，这些干涉条纹会随着M1或M2的移动而移动，且非常敏感，只要反射镜移动半个波长，干涉条纹就移动一个周期，而光波长一般都在微米量级，因此它具有很高的灵敏度和分辨率。 2.马赫-曾德尔干涉仪 马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪的光路 结构如图2所示, 从光源1发出的一束相干光经 分束镜2一分为二，分为两束。一束透射光落在 反射镜M1上，另一束反射光落在发射镜M2上， M1、M2分别将这两束光反射至分束镜3上,并使 这两束光重合,进入扩束镜4，如果调整合适，我 们可在扩束镜后的白屏5上看见一系列明暗相间 的干涉条纹。这种干涉仪主要用于测量透明物质 的折射率的变化，光纤传感器中的干涉仪大多采用这种光路结构， 3.萨格奈克干涉仪 萨格奈克（Sagnac）干涉仪的光路结构如图3所示，光路由一个分束镜2和三个反射镜M组成，它的光路比较特殊，两束光沿着相同的路径反向传播。由 3 图3萨格奈克干涉仪 5 图2马赫-曾德尔干涉仪 1 图1迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪(实验报告)
一、实验目的 1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。 2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定 He-Ne 激光波长 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。 （图一） （图二） 三、实验原理 ①用 He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板 P1和 P2上后就将光分成了两束分别射到 M1 和 M2 上，反射后通过 P1 、 P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。 ②产生干涉条纹的条件，如图 2 所示， B 、 C 是两个相干点光源，则到 A 点的光程差δ =AB-AC=BCcosi , 若在 A 点出产生了亮条纹，则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数 ) ，因为 i 和 k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ =2 Δ d/ Δ k。 四、实验步骤 1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜 P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。 2、调节 M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。 3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在 P1分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复 2 、 3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。 4、微调 M2是干涉图案处于显示屏的中间。 5、转动微量读数鼓轮，使 M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数 d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进 30 次则记一次数据，共记录 10 次数据即 d0、 d1 (9)