“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。

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迈克尔逊干涉实验

                       39042122  吴淼

摘要：迈克尔逊干涉仪是一个经典迈克尔逊和莫雷设计制造出来的精密光学仪器，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，认识电光源非定域干涉条纹的形成与特点，部分从并利用干涉条纹的变化测定光源的波长。

实验原理：

    (1)迈克尔逊干涉仪的光路

迈克尔逊干涉仪的光路图如图（一）所示。从光源S发出的一束光摄在分束板G1上，将光束分为两部分：一部分从G1半反射膜处反射，射向平面镜M2；另一部分从G1透射，射向平面镜M1。因G1和全反射平面镜M1、M2均成45°角，所以两束光均垂直射到M1、M2上。从M2反射回来的光，透过半反射膜；从M2反射回来的光，为半反射膜反射。二者汇集成一束光，在E处即可观察到干涉条纹。光路中另一平行平板G2与G1平行，其材料厚度与G1完 全相同，以补偿两束光的光程差，称为补偿板。在光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像，两束相干光相当于从M1’和M2反射而来，迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹如同M2和M1’之间的空气膜所产生的干涉条纹一样。

（2）单色电光源的非定域干涉条纹

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HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY

物理实验报告

实验题目：     迈克尔逊干涉仪             

姓       名：                               

物理实验教学中心

实 验 报 告

一、实验题目：迈克尔逊干涉仪

二、实验目的：

1. 了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节方法；

2. 观察等倾干涉、等厚干涉现象；

3. 利用迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光器的波长；

三、实验仪器：

迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜、观察屏、小孔光阑

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                  实验报告23  迈克尔逊干涉实验

  一 实验目的

1、  了解迈克尔逊干涉仪的结构；

2、  掌握迈克尔逊干涉仪的结构；

3、  观察光的等倾干涉现象并掌握波长的方法；

4、  掌握逐差法处理数据。

  二 实验仪器

H_e-N_e激光器、扩束透镜、迈克尔逊干涉仪

  三 实验原理

迈克尔逊干涉仪的光学系统如图。它由分光板G、补偿板H、定反射镜M₁和动反射镜M₂组成。M₁和M₂互相垂直，分光板和补偿板是一对材料和外型完全相同的平板光学玻璃，它们相互平行并分别和M_1、、M₂成大致45度夹角，分光板的次数不同引起的光程差。来自点光源（或扩展光源）的光，入射到分光板上，分为强度相同的光线“1”和光线“2”的相干光，并分别由M₁和M₂反射后投射到光屏上（对于扩展光源用眼睛正对着观察）产生干涉现象。由于M₁和M₂垂直，可以等价地看成M₂的虚象和M₁形成一个厚度d为的空气隙，d的大小随M₂的位置改变而改变，所以两光线的光程差可由下式确定：

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实验总结：

1．在实际测量中，出现了一下情况：随测量次数的增多，圆心位置发生了变化，这种现象是与理论相悖的，原因是由于M1与M2’未达到完全平行或调整仪器时未调整好，而且圆心偏移速度越快越说明M1与M2’平行度越差。

2．在测量完第一组数据后，反向旋转时会在旋转相当多圈后才会出现中心圆环的由吞吐变吐，这个转变不是立即就完成的，这是因为仪器右侧的旋钮为微调旋钮，使用它对干涉仪的性质改变影响较小，故有吞变吐需要旋转相当一段时间，此时应旋转中部大旋钮，再使用微调，但不要忘记刻度盘调零。

3．两组数据所测得的结果相差较大，这可能是由于测量过程的误差或操作失误所引起的，应尽量避免。

4．实验中还观察到许多现象，如M1上出现很多光斑，其中有亮有暗，同心圆的粗细和疏密变化等等。但由于理论知识的缺乏，我们尚无法给出上述问题的完美解释，需要我们进一步的学习与探索。

一 进行分析讨论。

从数据表格可以看到，在误差允许范围内，测量波长与理论波长一致，验证了这种测试方法的可行性。

误差分析：

①实验中空程没能完全消除；②实验对每一百条条纹的开始计数点和计数结束点的判定存在误差；③实验中读数时存在随机误差；④实验器材受环境中的振动等因素的干扰产生偏差。

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一、  名称：用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长

二、  目的：

1、            了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉条纹的形成原理。

2、            通过观察实验现象，加深对干涉原理的理解。

3、            学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。

4、            观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。

三、  实验器材：迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光。

四、  原理：

迈克尔逊干涉仪光路如图所示。当和严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。所有倾角为i的入射光束，由和反射反射光线的光程差均为，式中i为光线在镜面的入射角，d为空气薄膜的厚度，它们将处于同一级干涉条纹，

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迈克尔逊干涉仪的调整与应用

 

1.  原始数据及处理

1.1 测量钠光灯波长（）

不确定度计算：

=0.00010,   

=0.00011

=4.4,   =0.74%.

1.2 双线的波长差：

2．思考题及分析：

2.1、为什么白光干涉不易观察到？

答：两光束能产生干涉现象除满足同频、同向、相位差恒定三个条件外，其光程差还必须小于其相干长度。而白光的相干长度只有微米量级，所以只能在零光程附近才能观察到白光干涉。

2.2、为什么M1和M2没有严格垂直时，眼睛移动干涉条纹会吞吐？

答：因为没有严格垂直时，会形成一个披肩状的光学腔。各处的光程差不相同，其干涉条纹的级数也会不同。所以眼睛移动时，干涉条纹会吞吐。

2.3、讨论干涉条纹吐出或吞入时的光程差变化情况。

答：吞入时，光程差变小。而吐出时，光程差则变大。

2.4、为什么要加补偿板？

答：因为分束板的加入，使其中一路光束比另一光束附加了一定的光程。所以加入与分束板厚度相同的补偿板来补偿这部分光程差。

2.5、如何设计一个实验，利用迈克尔逊干涉仪测玻璃的折射率？

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实验一迈克尔逊干涉仪实验

一、实验目的

1.认识光的单色性对光的干涉性的影响；

2.观察光学拍现象，建立相干长度的概念；

3.了解白光干涉的特点及其应用。

二、实验仪器

迈克尔逊干涉仪、钠钨灯、升降台、钢板尺、盖玻片。

三、实验原理

图1－1 迈克尔逊干涉仪的外形

    迈克尔逊干涉仪是最常用的光学干涉仪之一。如图1－1所示，它的主要结构包括：分光板10、补偿板11、固定反射镜9、移动反射镜8、丝杠14、粗位移旋钮6、微位移旋钮7，反射镜倾斜度粗调节钮4，固定反射镜倾斜度微调节钮15，等等。其中，分光玻璃板10的前表面（面对观察者的一侧）镀有半透半反膜，而补偿板11的厚度、玻璃材料与分光玻璃板10一致，但没有镀膜。

    来自点光源或扩展光源的球面波经过分光板后，分为两路：一路透射光穿过补偿板到达固定反射镜，反射后返回分光板前表面；另一路反射光在呈45度角的分光板前表面反射后，折向移动反射镜8，反射后再穿过分光板到达其前表面。两路光在分光板的前表面形成干涉。

如果固定反射镜9和移动反射镜8的表面都调节得与水平面垂直，且二者通过分光板成像后相互平行，且两镜与分光板前表面的距离之差小于光源的相干长度，则此时将产生等倾干涉条纹。等倾干涉条纹的特点是呈同心环状分布，且两镜与分光面的距离之差越大，条纹越密。

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