天津理工大学：《大学物理实验》课程教学资源（讲义）迈氏干涉仪测波长及波长差

迈克尔逊干涉仪天津理工大学理学院实验中心

迈克尔逊干涉仪 天津理工大学理学院实验中心

目录实验设计背景实验目的I实验仪器四实验原理五实验内容六、实验注意事项七、实验思考题

目录 一、实验设计背景 二、实验目的 三、实验仪器 四、实验原理 五、实验内容 六、实验注意事项 七、实验思考题

实验设计背景一阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔（A·A·Michelson），1852年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰），1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。迈克尔逊主要从事光学和光谱学方面的研究，他以毕生精力从事光速的精密测量，在他的有生之年，一直是光速测定的国际中心人物。1883年物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为证明“以太”存在设计制造了第一台用于精密测量的干涉仪--迈克尔逊于涉仪，它是在平板或薄膜于涉现象的基础上发展起来的。迈克尔逊于涉仪在科学发展史上起了很大的作用，迈克尔逊于涉实验否定了“以太”的存在发现真空中的光速为恒定值，为爱因斯坦的相对论奠定了基础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。而他设计的迈克尔逊干涉仪至今仍作为精密光学仪器被广泛使用

一、实验设计背景 阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔（A·A·Michelson）,1852 年12月 19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰）,1931年5月9日在帕 萨迪纳逝世。迈克尔逊主要从事光学和光谱学方面的研究，他 以毕生精力从事光速的精密测量，在他的有生之年，一直是光 速测定的国际中心人物。 1883年物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为证明“以太”存在设计制造了第一台用于精 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，迈克尔逊干涉实验否定了“以太”的存在。 发现真空中的光速为恒定值，为爱因斯坦的相对论奠定了基础。 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。而他设计的迈克尔逊干涉仪至今仍作为精密光学仪 器被广泛使用

二、实验目的1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和使用方法2.观察迈克尔逊干涉仪形成的干涉图样：3.学习用迈克尔逊干涉仪测激光的波长和钠双线的波长差

二、实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和使用方法; 2.观察迈克尔逊干涉仪形成的干涉图样； 3.学习用迈克尔逊干涉仪测激光的波长和钠双线的波长差

三、实验仪器分光镜反光镜1转轴导轨补偿片直尺（图后）度数窗反光镜调希螺舒（各3个）反光镜2大转轮垂直拉杆调节螺钉水平拉杆微调转轮调节螺钉升降式钠光源多通道光纤激光源迈克尔逊干涉仪

三、实验仪器 多通道光纤激光源 升降式钠光源 迈克尔逊干涉仪

四、客实验原理（光路图）移动反射镜MG2在光路中补偿什么？像M一固定反射镜激光器扩束镜ME毛玻璃屏激光-非定域干涉条纹钠光或白光定域干涉条纹

四、实验原理（光路图） 激光-非定域干涉条纹 钠光或白光 定域干涉条纹 d s L 1 G 2 G E 2 M 2 M  1 M 激光器 扩束镜 毛玻璃屏 固定反射镜 移动反射镜 像 1 2 G2在光路中 补偿什么？ s L 激光器 扩束镜 毛玻璃屏 固定反射镜 移动反射镜 像 G2在光路中 补偿什么？ L 激光器 扩束镜 毛玻璃屏 固定反射镜 移动反射镜

S四、实验原理2d光程差为s!eS=SA-SA1=/(L+2d)+R-VL+RM1dM2+M,由于L>>d.将上式按级数展开，并略去高阶无穷小项，可得Sx2dL8=2dcos0G1-G2L+R?（亮条纹）kaRV0元(2k+1)（暗条纹）2E式中的k为干涉条纹的级次，k=1,2,3..点光源产生的非定域于涉计算示意图

四、实验原理 ( ) 2 2 2 2 1 2 L 2d R L R S A S A = + + − +  = − 点光源产生的非定域干涉计算示意图 光程差为 由于L>>d,将上式按级数展开，并略去高阶 无穷小项，可得 2 2 2 2 cos dL d L R   = = + k = ( ) 2 2 1  k + （亮条纹） （暗条纹） S E G1 G2 M2 M1 M2 ' θ d 2d L O R A S1 S2 式中的k为干涉条纹的级次，k=1,2,3···

干涉条纹的变化等倾干涉条纹M2M,M, 与M;MIM,MM'M,重合M2等厚干涉条纹M2M,M,MIMIMiMM,M,M

等 厚 干 涉 条 纹 等 倾 干 涉 条 纹 ' M1 M2 ' M1 M2 ' M1 M2 ' M1 M2 ' M1 M2 与 重 合 ' M2 M1 ' M1 M2 ' M1 M2 ' M1 M2 ' M1 M2 干涉条纹的变化

迈克尔逊干涉仪的调整1.自测使激光头水平且大致和M等高，细调激光头位置使扩展光束均匀照满反射镜；2.调节固定反射镜M后的方位螺丝，使透过滤光片看到的两排对应光点一一重合，此时M工M2。如图a所示；3.装上观察屏，观察到非定域干涉条纹。调节微动手轮，可带动M镜在导轨上前后改变位置，即光程差增大或减小，干涉图样会如图b所示涌出或陷入。至此调整结束；F5-.m1.00120.Q：Q0O0：ba4.自拟换上钠光源后，调出等倾条纹的主要步骤MMW

迈克尔逊干涉仪的调整 1.目测使激光头水平且大致和M2等高，细调激光头位置使扩展光束均匀照满反 射镜； 2.调节固定反射镜M2后的方位螺丝，使透过滤光片看到的两排对应光点一一重 合，此时M1⊥M2 。如图a所示； 3.装上观察屏，观察到非定域干涉条纹。调节微动手轮，可带动M1镜在导轨上 前后改变位置，即光程差增大或减小，干涉图样会如图b所示涌出或陷入。至此 调整结束； 4.自拟换上钠光源后，调出等倾条纹的主要步骤。 a b

迈克尔逊干涉仪的读数35040302010粗动手轮读数窗口主尺微动手轮最后读数为：33.52246mm

迈克尔逊干涉仪的读数 主尺 粗动手轮读数窗口 微动手轮 最后读数为：33.52246mm