迈克耳逊干涉仪及其应用

1、迈克耳逊干涉仪及其应用作者:袁燕如07级工业工程（1）070103109摘要：基于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。关键词：迈克尔逊干涉仪 分振幅法 单色光 相干长度Michelson interferometer and its applicationAuthor: Yuan Yanru 07 industrial projects (1) 070,103,109AbstractBased on the 1883 U.S. physicis

2、ts Michelson and Morley co-designed by sophisticated optical instruments. It uses sub-amplitude have a dual-beam method in order to achieve the optical interference can be used to observe the light, such as dumping, and so thick and multi-beam interference, the determination of monochromatic light o

3、f the wavelength of the light source and the length of coherence, and so on. Key wordsMichelson-interferometer sub-amplitude coherent monochromatic light length of the law引言基于精密的迈克耳逊干涉仪这一光学仪器，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。在此就是利用光的干涉这一原理来测量He-Ne激光的波长。迈克耳逊干涉仪原理G2是一面镀上半透半反

4、膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，使其可前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1严格平移时，M2移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从，心“吐出”或向中心“消失”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反则“吞进”一个个条纹。M2和M1不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离 d 与条纹移动数N 的关系满足。经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反射的光只通过分光板一次.补偿板就是为了消除这种不对称而设置的。在使用单色光

5、源时，补偿板并非必要，可以利用空气光程来补偿；但在复色光源时，因玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可缺少的。若要观察白光的干涉条纹，两相干光的光程差要非常小，即两臂基本上完全对称，此时可以看到彩色条纹；若M1或M2稍作倾斜，则可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。图10-3干涉光程计算利用迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长1干涉法测光波波长原理：M1、M2完全平行，相距时。点光源S在镜M1、M2中所成的像、构成相距的相干光源，如光路所示。设到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

6、一点P处，设到0点的距离为h。两像光源发出的光相遇时的光程差为，P点处发生相长干涉的条件为： (11)由(1-1)式，保持h与d不变，令P点向外移动时，、将增大，对应级次K将伴随减小，所以中央条纹的级次高。对于屏幕中心，(1-1)式简化为： (1-2)实验中，d随M1镜的移动而变化。伴随d的增大，级数K随之增大，也就是有新的干涉条纹从中心冒出；伴随d的减小，级数K随之减小，干涉条纹向中心缩进。“冒出”或“缩进”的条纹数与M1位置变化之间的关系为： (1-3)可见只要测定M1镜的位置改变量和相应的级次变化量，就可以用式(1-3)算出光波波长。2.测量He-Ne激光的波长(1)读数刻度基准线零点的

7、调整。将微动鼓轮3沿某一方向旋至零，然后以同一方向转动手轮1使之对齐某一刻度，以后测量时使用微动鼓轮须以同一方向转动。值得注意的是微动鼓轮有反向空程差，实验中如需反向转动，要重新调整零点。(2)慢慢转动微动鼓轮，可观察到条纹一个一个地“冒出”或“缩进”，待操作熟练后开始测量。记下粗动鼓轮和微动鼓轮上的初始读数do，每当“冒出”或“缩进”N=50个（也可以选取100个等）圆环时记下di，连续测量10次，每测一次算出相应的，取平均值，以检验实验的可靠性。结论美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为证明“以太”的存在而设计制造了世界上第一台用于精密测量的干涉仪-迈克尔逊干涉仪，它是在平板或薄膜干涉现象的基

8、础上发展起来的。迈克尔逊干涉仪在科学发展史上起了很大的作用，著名的迈克尔逊干涉实验否定了“以太”的存在。发现了真空中的光速为恒定值，为爱因斯坦的相对论奠定了基础。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。迈克耳逊光学仪器很精密，用以进行光谱学和度量学的研究。而利用迈克尔逊干涉仪测得的He-Ne激光的波长，能够得到比较精确的，减小了很的人为误差，使得测得的He-Ne激光的波长更为精确。参考文献：1. 基础光学实验M李允中 潘维济 天津:南开大学出版社2. 普通物理实验(三,光学部分)M 杨述武 北京高等教育出版社3. 大学物理实验M 段长虹 广洲华南理工大学出版社4大学物理实验第二册，谢行