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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

四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：

在图M₂′是镜子M₂经A面反射所成的虚像。调整好的迈克尔逊干涉仪，在标准状态下M₁、M₂′互相平行，设其间距为d.。用凸透镜会聚后的点光源S是一个很强的单色光源，其光线经M₁、M₂反射后的光束等效于两个虚光源S₁、S₂′发出的相干光束，而S₁、S₂′的间距为M₁、M₂′的间距的两倍，即2d。虚光源S₁、S₂′发出的球面波将在它们相遇的空间处处相干，呈现非定域干涉现象，其干涉花纹在空间不同的位置将可能是圆形环纹、椭圆形环纹或弧形的干涉条纹。通常将观察屏F安放在垂直于S₁、S₂′的连线方位，屏至S₂′的距离为R，屏上干涉花纹为一组同心的圆环，圆心为O。

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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

M2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

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迈克尔逊干涉仪测波长

结束了一学年的物理实验，对于物理实验我有了自己的认识，大学物理实验是我们进入大学来第一个实验类学科。它即在我们以后的专业课实验学习指导中有着重要的地位，对于以后的就业工作也有着巨大的作用。物理实验是一种锻炼我们独立处理问题和解决问题很好的方式。本学期，物理实验已告一段落。在此，就本学期对物理实验中-------“迈克尔逊干涉仪侧波长”实验中存在的感受在说说。

迈克尔逊干涉仪是近代物理学的一个重大发现,对整个物理世界具有重要的意义。

首先，实验中它是用来测量波长的。总的来说，实验中我学习到了迈克尔逊干涉仪的结构，工作原理。了解到干涉图样的形成和分类以及时间相干性等概念。学习掌握迈克尔逊干涉仪调节的方法及注意事项和迈克尔逊干涉仪侧波长。

实验中，采用分振幅法产生两束相干光，从而实现干涉。具体的采用了等倾干涉的方法。点光源发出光线，在M1，M2'平行的情况下会有公式：光程差△L=2dcos?（光程差△L， M1，M2'间距为d，入射光与反射光夹角的一半为?）。这一公式可便于计算。为了实验更为简单易操作，实验中我们需要产生等倾干涉的条纹，而通过自然光源产生的光是从不同方向上入射到M1，M2'上的，这样就不能够形成干涉条纹，如果靠近镜面M2'处放置一点光源，则在此种情况下等倾干涉实际上就是非实域干涉中屏放到无限远。因而，等倾干涉不一定要点光源。迈克尔逊干涉仪的结构是很精密的。如两个全反镜就

要一模一样；光学元件表面也要避免触碰等这也就是为什么迈克尔逊干涉仪要好生维护。

在爱因斯坦的相对论中时间是具有相对性的，迈克尔逊干涉仪还是测量时间相对性原理的经典仪器。我知道|En-E1|=h*v=h*（c/?）。原子的跃迁是从高能态迁至低能态，发出的光波是具有限的波长即发出的不同波长的光线波长长度不是连续的，当波长小于光程差时就不能相遇，从而不能发生干涉现象。实验中光源发出的光是不能绝对的单色的也存在其他波长的波长，实验如果要精确一些，则要求光程差为△L =0。此时，干涉条纹的分布才与波长无关。由△L=2dcos?可知d发生变化时，条纹都会逐渐错开。

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学生物理实验报告

实验名称           迈克尔逊干涉仪的使用                      

学  院                    专   业                班   级            

报告人               学   号                

同组人               学   号                

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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。

3)实验结果：

经分析，当顺时针转动旋钮时，“吐”出圆环，此时测得一波长，当逆时针转动旋钮时，“吞”出圆环，此时亦测得一波长。

将二者取平均值得测得光的波长： ，P=0.95。

5.一个迈克尔逊实验，不但让我领悟到迈克尔逊设计干涉仪的巧妙和智慧，也更让我知道了做实验要有耐心和恒心，哪怕实验再麻烦，也必须坚持不懈，注重细节，这样才能真正地把实验做

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。

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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：

                                      （1）

式中iˊ为光线“1”对M₂的入射角。当d一定时，Δ由iˊ确定，iˊ相同的方向上光程差相等，形成了等倾干涉条纹。且满足：

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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。

如果固定反射镜9和移动反射镜8的表面彼此之间有一个小的倾斜角，则将产生等厚干涉条纹。等厚干涉条纹的特点是平行分布，且两镜夹角越大，条纹越密。

光源的单色性对干涉条纹的形成有者决定性的影响。在其它条件相同的前提下，光源单色性越好，相干性越好，干涉条纹越容易形成。如果利用单色性极好的He-Ne激光器作光源，其相干长度达几十公里，干涉条纹很容易形成，且对比度好。而对低压钠灯来说，其单色性介于激光和白炽灯之间，单色性较好，是一种准单色光源。但其谱线中包含有589.0nm和589.6nm两条波长相差很小的强共振线，且彼此强度相当，这属于不同频率的两个单色光波迭加，将产生干涉中的光学拍效应。如图1－2所示。

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