重庆大学物理实验中心

1. 迈克尔逊干涉实验 重庆大学物理实验中心

2. 一、实验背景 迈克尔逊干涉仪是1880年美国物理学家迈克尔逊为研 究“以太”漂移速度而设计的，1887年他和美国物理学家莫雷 合作进一步用实验否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭 义相对论奠定了有力的实验基础。此后迈克尔逊又用它做了 两个重要实验，首次系统地研究了光谱的精细结构以及直接 用光谱线的波长标定标准米尺，为近代物理和近代计量技术 作出了重要的贡献。

3. 由于发明了以他的名字命名的精密光学仪器以及借助这些仪器所作的基本度量学上的研究，迈克尔逊于1907年获得诺贝尔物理学奖。由于发明了以他的名字命名的精密光学仪器以及借助这些仪器所作的基本度量学上的研究，迈克尔逊于1907年获得诺贝尔物理学奖。 迈克尔逊干涉仪是现代干涉仪的原型。后人利用该干涉仪的原理又研制出多种形式的干涉测量仪器，如用于检测玻璃材料加工质量的泰曼干涉仪，研究光谱分布的傅里叶干涉分光计等。这些仪器被广泛应用在近代物理和计量技术中。

4. 二、实验目的 1．学习迈克尔逊干涉仪的设计原理结构及调整方法。 2．通过实验观察等倾干涉、等厚干涉的形成条件和条纹形状特点。 3．用迈克尔逊干涉仪测定光波波长。 迈克尔逊(1852--1931) 迈克尔逊干涉仪实物图

5. S 激光光源 三、原理 利用分振幅法产生双光束实现干涉。点光源S经M2反射和M1通过镜像映射M1 反射后在观测屏上形成同心干涉环。 M2 反射镜 d M1' P1分光镜 P2补 偿镜 M1反射镜 观测接收屏

6. S2 S1 r2 i r1 P 点光源S经反射后通过镜像反射可以在纵向位置上形成两个虚光源S1 、S2,空间中任何一点P的光程差为： 干涉相长 干涉相消 2d 当级次k确定时，P点的运动轨迹为旋转双曲面，在垂直于S1S2联线的平面上呈现同心圆的干涉图样。P点的的光程差为： 迈克尔逊干涉仪原理图

7. 等倾干涉原理 等倾干涉条纹 扩展光源的作用

8. 实验演示 当d增大时i也同时增大，说明相同级次的干涉环向外扩展； 当d减小时i也同时减小，说明相同级次的干涉环向内收缩。 若d间距改变了Δd, 在干涉环中心处观察，则条纹向外冒出（或向内缩进）Δk环,波长为:

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

10. 四、实验步骤 1. 使激光束通过小孔屏，调节粗调螺钉使M1、M2反射的中间最亮的光点严格重合。 2. 放入扩束镜,使发散光均匀地射到分光镜P1上，调节刻度轮, 使屏上出现的圆环大小合适. 3. 调节M1镜下的微调拉簧螺钉，使干涉圆环在观察屏中央。 4. 调节微量读数鼓轮向一个方向转动几圈，直至圆环涌出(或收缩)，记录M2的初始位置d1。 5. 继续按原方向转动微量读数鼓轮，当Δk=30时，记录M2的位置di，连续测量九次,用逐差法进行数据处理。

11. 扩束镜 M2 粗调螺钉 小孔 M1 S 激光光源 微调拉簧螺钉 接收屏

12. 五、注意事项 1. 实验中不得直视未经扩束的激光束。 2. 间距d调节到较小值。 3.连续测量M2镜的移动位置di，鼓轮旋向 保持一致，中途不能倒退，以免引入空 程误差。

13. 六、思考题 1.试分析间距d 的变化与条纹变化之间的关系。 2. 试分析环纹宽度、环纹半径与干涉级次之间的关系。 3. 试分析迈克耳逊干涉条纹与牛顿干涉条纹的异同。 4. 设计一个利用迈克尔逊干涉仪测量白光相干长度的实验方案。