迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔孙和莫雷为研究“以太”漂移而设计制造的精密光学仪器。它采用分数振幅法产生两束光来实现干涉。通过调节干涉仪，可以产生等厚度、等倾角的干涉条纹，主要用于测量长度和折射率。

一般信息

1801年，英国医生托马斯杨做了第一个观察光干涉现象的实验，即——双缝干涉实验，并

成功地测量了红光和紫光的波长，为光波的研究奠定了实验基础。根据经典力学，光是

一种波，它必须依靠介质来传播。因此，提出了光的以太假说。探索以太的存在

1880年，迈克尔逊在柏林大学亥姆霍兹实验室开始计划一种测量以太漂移速度的干涉测量法

检查。后来，迈克尔逊精心设计了著名的迈克尔逊干涉装置，并进行了耐心的实验测量。直到1887年

七月也没有得到理论所期望的以太漂移的结果，这为Ein最终否定以太假说奠定了坚实的实验基础

斯坦因用狭义相对论开辟了道路。后来，人们利用该装置的原理制成了迈克尔逊干涉仪，并用于研究

研究光源的精细结构和长度标准校准。迈克尔干涉仪是一种利用分数振幅法实现干涉的光学仪器

巧妙的，包含着非常丰富的实验思想，在物理学的发展中具有重大的历史意义，并且已经非常广泛

应用程序。例如，可以通过观察具有不同几何形状和局部状态的干涉条纹来研究光源的时间相干性

在物理实验教学中，采用测量气体、固体的折射率和测量微小长度来训练学生

能力起着重要的作用，受到高度重视。

【实验目的】

1. 了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和调节方法。

2. 测量单色光的波长。

【实验原理】

图17-2为迈克尔逊干涉仪的光路图。M1和M2是放置在两条垂直臂上的两个平面镜。M1是一个固定的镜子。M2由精密螺杆控制，可沿臂轴前后移动。在两臂轴线的交点处，有一块与两轴成45夹角的平行平面玻璃板G1，其第二平面镀有半透明(半反射)银膜，以将入射光分为振幅接近等于反射光(1)和透射光(2)，因此G1又被称为光板。G2也是一块平行的平面玻璃板，与G1平行放置，其厚度和折射率与G1相同。因为它通过G1光程差来补偿(1)和(2)由于时间不同而产生的光，所以称为补偿板。

扩展光源S发出的光在G1处分为两部分。反射光(1)经G1反射后向M2移动，透射光(2)经G1向M1移动。两束光分别在M2和M1上反射，并沿各自的入射方向返回，最终到达E。由于两束光是相干的，观察者在E处可以看到干涉条纹。

游戏原理演示

当M2和M1’平行时(在这种情况下，M1和M2彼此严格垂直)，将观察到一圈等斜干涉条纹。一般情况下，M1和M2形成一个气楔，因此会观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。

2、单色光波长的测定

当迈克尔逊干涉仪被波长为的单色光照射时，环形平衡干涉圆条纹的位置取决于相干光束之间的光程差，M2和M1反射的两列相干光波之间的光程差为

(17-1)

式中i为反射光(1)在平面镜M2上的入射角。对于第k条条纹，有

(17-2)

当M2与M1’的间距d逐渐增大时，对于任意级别的干涉条纹，如k类，余弦值必须减小以满足式(5-6)。因此干涉条纹的间距沿ik增大的方向移动(cos ik值减小)，即向外扩展。在这一点上，观察者将看到条纹似乎从中心“流出”，并且每次间距d增加/2时，条纹将流出。相反，随着间距越来越小，距离中心最近的条纹会一个接一个地“落入”中心，并且间距随每个条纹而变化。

因此，当M2反射镜移动时，如果有N条条纹落在中心，则表明M2相对于M1更靠近

(17-3)

另一方面，如果N条条纹从中心流出，则M2远离M1的距离相同。

若精确测量M2行进的距离d，则入射光波的波长可由式(17-3)计算。

3、测量钠光双线波长差

钠光2强谱线波长分别移动M2，当光程差满足两列光的光程差是1的积分倍，同时为2的半积分倍，即

此时，1光波进入亮环，刚好2光波进入暗环。如果两列光波的强度相等，干涉条纹的可见性应为零(即条纹消失)。那么，当干涉场中相邻的两个可见度为零时，光程差的变化应为

(k是一个大整数)

因此

所以

其中是1和2的平均波长。

对于视场中心，如果M2镜连续两次在能见度为零的情况下移动了一段距离d，则光程差的变化L应等于2d，因此

(节)

对于钠光=589.3 nm，在连续两次最大能见度时刻测量M2镜的距离d，可得钠光D双线的波长差，由式(17-4)可得。

4. 点光源的非定域干涉现象

激光发出的光经过凸透镜l后汇聚在S点上，S点可以看作是一个点光源，通过G1(G1未画)、M1、M2’的反射相当于沿轴线分布的两个虚拟光源S1’、S2’产生的干涉。由于S1和S2发射的球面波在会议空间中处处相干，当屏幕E放置在不同位置时，可以看到不同形状的干涉条纹，因此称为非局部干涉。当E垂直于轴线时(如图5-8所示)，通过调整M1和M2的方向，也可以观察到等倾角、等厚度的干涉条纹。干涉条纹的形成和特征与钠灯照明相同，这里不再赘述。

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