篇一：迈克尔逊干涉实验报告
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
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，如发出的光，而对于E处的观察者来说，S’如位于S2’一样。由于半反射膜G的作用，M1如同处于S1’的位置，所以处观察到的干涉条纹，犹如S1’、S2’空间处处相干，把观察屏放在E
到干涉花纹，因此 这一干涉为非定域干涉。
如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是S1’,、S2’的连线与屏的交点E。设E处
（ES2’=L）的观察屏上，离中心E点远处某一点P，EP的距离为R，则两束光的光程差为
?L?(L?2d)2?R2?L2?R2
L>>d时，展开上式并略去d2/L2，则有
?L?2Ld/L2?R2?2dcos?
式中φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为 2d
φ=kλ (k=0,1,2,…) ①
由此式可知，当k、φ一定时，如果d逐渐减小，则cosφ将增大，即φ角逐渐减小。也就是说，同一k级条纹，当d减小时，该圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩；如果d逐渐增大，同理看到的现象是干涉条纹外扩。对于中央条纹，若内缩或外扩N次，则光程差变化为2Δd=Nλ.式中，Δd为d的变化量，所以有
λ=2Δd/N②
通过此式则能有变化的条纹数目求出光源的波长。 实验仪器：
迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、小孔、扩束镜、毛玻璃。 实验步骤：
（1） 迈克尔逊干涉仪的调整
① 调节激光器，使激光束水平地射到M1、M2反射镜中部并垂直于仪器导轨。 首先将M1、M2背面的三个螺钉及两个微调拉簧均拧成半松，然后上下移动、
左右旋转激光器俯仰，使激光器入射到M1、M2反射镜中心，并使M1、M2放射回来的光点回到激光束输出镜面中心。 ② 调节M1、M2互相垂直
在光源前放置一小孔，让激光束通过小孔入射到M1、M2上，根据放射光点的位置对激光束做进一步细调，在此基础上调整M1、M2背面的三个方位螺钉，使两镜的反射光斑均与小孔重合，这时M1于M2基本垂直。 （2） 点光源非定域干涉条纹的观察和测量
① 将激光器用扩束镜扩束，以获得点光源，这时毛玻璃观察屏上应出现条纹。 ② 调节M1镜下方微调拉簧，使之产生圆环非定域干涉条纹，这时M1与M2的垂直程度进一步提高。
③ 将另外一块毛玻璃放到扩束镜与干涉仪之间以获得面光源。放下毛玻璃观察屏，用眼睛直接观察干涉环，同时仔细调节M1的两个微调拉簧，直至眼睛上下左右晃动时，各干涉环大小不变，即干涉环中心没有被吞吐，只是圆环整体随眼睛一起平动。此时得到面光源定域等倾干涉条纹，说明M1与M2严格垂直。
④ 移走小块毛玻璃，将毛玻璃观察屏放回原处，仍观察点光源等倾干涉条纹。改变d值，使条纹外扩或内缩，利用公式λ=2Δd/N测出激光的波长。要求圆环中心每吞吐1000个条纹，即明暗变化100次记下一个d值，连续测量10个d值。
数据记录与处理：
实验原始数据
实验数据处理
由Δd=λN/2,可得
15dn?i?di15?4b???(d?d)?3.18503?10mm ?n?ii
5i?1Nn?i?Ni5??Ni?1
??2b?637.01mm
ua(?y)?
?(?y
i?1
5
i
?y)
?3.8085?10?4mm
5?4
ub(?y)?
?3
?2.8868?10?5mm
u(?y)?
ua(?y)2?ub(?y)2
1?0.57735
2
2
?3.8194?10?4mm
u(N)?ub(N)?
?u(?y)??u(N)?
u(?)?2?????4nm ???N???y?
??u(?)?(637?4)nm
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。 感想：
迈克尔逊和·莫雷以迈克尔逊干涉仪为基础共同进行了著名的迈克耳逊－莫雷实验，这个试验排除了以太的存在，为狭义相对论的诞生提供了基础，同时迈克尔逊也因此获得1907年的诺贝尔奖，足可见迈克尔逊干涉仪的重要性。时至今日，迈克尔逊干涉仪作为紧密测量仪器的始祖，其地位不但没有降低，而是在科学界和生活中继续发挥着重要的作用。在传统精密测量方面，迈克尔逊干涉仪可以用来进行微小位移量和微振动的测量，进行压电材料的逆压电效应研究，实现纳米量级位移的测量、薄透明体的厚度及折射率的同时测量、气体浓度的测量和引力波探测，组装后也能测量微小的角度。随着光纤技术的产生，随即又产生了光纤迈克尔逊干涉仪，光纤迈克尔逊干涉仪可用来进行混凝土内部应变的测量、地震波加速度的测量和温度的测量，应用范围扩展到民用。同时，迈克尔逊干涉仪作为傅里叶红外吸收光谱仪、干涉成象光谱技术、光学相干层析成像系统及微型集成迈克尔逊干涉仪的核心仪器，其作用更是不可忽略。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好！
参考文献：
[1]李朝荣，徐平，唐芳，王慕冰.基础物理实验（修订版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010:197—205.
[2]吴百诗主编.大学物理学 下册[M].北京：高等教育出版社，2004:221—226.
篇二：6- 迈克尔逊干涉仪实验报告
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
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。
设S1、S2′至观察屏上一点P的光程差为δ，则
??(R?2d)2?r2?R2?r2
?R?r?(?4(Rd?d)/R?r?1)
2
2
2
2
2
（1）
一般情况下R??d，则利用二项式定理并忽略d的高次项，于是有
22?4(Rd?d2)?16Rd22????R?r??
?2(R2?r2)8(R2?r2)2??? （2）
?2dR?dr2
???1?22?22?R(R?r)?R?r?所以
??2dcos?(1?
d
sin2?) （3） R
由式(3)可知：
1. ??0，此时光程差最大，??2d，即圆心所对应的干涉级最高。旋转微调鼓轮使M1移动，若使d增加时，可以看到圆环一个个地从中心冒出，而后往外扩张；若使d减小时，圆环逐渐收缩，最后消失在中心处。每“冒出”(或“消失”)一个圆环，相当于S1、S2′的距离变化了一个波长?大小。如若“冒出”(或“消失”)的圆环数目为N，则相应的M1镜将移动Δd，显然：
??2?d/N （4）
从仪器上读出Δd并数出相应的N，光波波长即能通过式(4)计算出来。
2. 对于较大的d值，光程差δ每改变一个波长所需的?的改变量将减小，即两相邻的环纹之间的间隔变小，所以，增大d时，干涉环纹将变密变细。
五、实验数据处理（整理表格、计算过程、结论）：
-5?2??d250?6.363?10?7m ?标?6.328?10?7m(He?Ne)
S?1.8?10?6m?仪?0.00005mm
???s2?2?仪/125?1?10?8m
2
??????(6.4?0.1)?10?7m
Er?????标标?100%?0.55%
?
六、总结及可能性应用（误差分析、收获、体会及本实验的应用）：
实验数据基本达到要求。
篇三：“迈克尔逊干涉仪”实验报告
“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。
G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干
涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。
M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。
M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。
2.可动全反镜移动及读数
可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为：
××.□□△△△ (mm)
（1）××在mm刻度尺上读出。
（2）粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，□□由读数窗口内刻度盘读出。
（3）微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即可动全反镜移动0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。△△△由微动手轮上刻度读出。 注意螺距差的影响。
3.He-Ne激光器激光波长测试原理及方法
光程差为： ??2dcos?
???2dcos???
k?(明纹)???(2k?1)?
2
(暗纹) 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（或圆锥角），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M1与M2’之间距离
变化了半个波长。
若将M1与M2
’之间距离改变了△d时，观察到N个干涉环变化，则
?d?N?
?
2
或
??
2?d
N
由此可测单色光的波长。
4.钠双线波长差的测量原理和测量方法
从条纹最清晰到条纹消失由于M1移动所附加的光程差：Lm?k?2?(k?1 2)?钠双线波长差:???
2
2Lm
Lm是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M1所移动的距离。
【实验内容】
1.测He-Ne激光的波长
(1)激光直接照射到分光板中部，调整调节螺丝使观察屏上的最大最亮的2个反射点严格重合。
(2)放入扩束镜,使光斑均匀地射到分光板上，调节拉簧螺丝，使屏上出现的圆环的圆心移动到观察屏中央。
(3)调节微调鼓轮向一个方向转动几圈，当看到观察屏上有条纹吞吐了,记录M1的初试位置d1。
(4)继续转动微调鼓轮，每吞吐50个条纹记录一次M1的位置, 连续记录8组数据。
2.测钠光的双线波长差
(1)点亮钠光灯，使光源与分光板等高并且位于分光板和M2镜的中心连线的延长线上。转动粗调手轮，使M1和M2至G1的距离大致相等。
(2)取下并轻轻放置好观察屏，直接用眼睛观察。仔细调节M2后面或下方的调节螺丝，应能看到钠光的等倾条纹。
(3)转动粗调手轮，找到条纹变模糊位置，调好标尺零点。用微调手轮继续缓缓移动M1，同时仔细观察至条纹反衬度最低时记下M1的位置。随着光程差的不断变化，按顺序记录六次条纹反衬度最低时M1的位置读数。相邻两次读数差等于Lm的值。
1.测He-Ne激光的波长
?
?公＝6328A ，
E?
?公?公
6563－6328
?100％＝?100％?3.7％ 。
6328
2.测钠光的双线波长差
?
5893A ，
??Lm1??Lm2??Lm30.86860+0.87229+0.92157-3-36
m?=?10m =0.29580?10m=2.9580?10A
??58932
????A?5.87A 。 6
2m2?2.9580?10
2
??0?5.97A ，
?
E?
??－??0
??0
?100％＝
5.87－5.975.97
?100％?1.7％ 。
1、迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。切勿用手触摸镜片。
2、调测微尺零点方法：先将微调鼓轮沿某一方向（按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度，以后测量时使用微调鼓轮须向同一方向旋转。 3、微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。 4、用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。
【预习思考题】
（1）说明迈克尔逊干涉仪各光学元件的作用，并简要叙述调出等倾干涉条纹的方法及注意事项。
答：在迈克尔逊干涉仪光路图中，分光板G1将光线分成反射与透射两束；补偿板G2 使两束光通过玻璃板的光程相等；定镜M２和动镜M１分别反射透射光束和反射光束；凸透镜将激光汇聚扩束。
/
要获得等倾干涉条纹花样，就必须使M１和M2 （M2 的虚像）相互平行，即M１ 和M2 相互垂直。另外还要有较强而均匀的入射光。调节的主要程序是：
① 用水准器调节迈氏仪水平；目测调节激光管（本实验室采用激光光源）中心轴线，凸透镜中心及分束镜中心三者的连线大致垂直于定镜M２ 。
② 开启激光电源，用纸片挡住M１ ，调节M２背面的三个螺钉，使反射光点中最亮的一点返
/
回发射孔；再用同样的方法，使M１ 反射的最亮光点返回发射孔，此时M１ 和M2 基本互相平行。
③ 微调M２ 的互相垂直的两个拉簧，改变M２ 的取向，直到出现圆形干涉条纹，此时可以认
/
为M１ 与M２ 已经平行了。同方向旋动大、小鼓轮，就可以观察到非定域的等倾干涉环纹的“冒”或“缩”。 注意事项：
①迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。切勿用手触摸镜片。
②调测微尺零点方法：先将微调鼓轮沿某一方向（按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度，以后测量时使用微调鼓轮须向同一方向旋转。 ③微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。 ④用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。
（2）如何利用干涉条纹的“冒出”和“缩进”现象，测定单色光的波长？
答：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’
12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，
12则