大学物理仿真实验迈克尔逊干涉仪

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1、大学物理仿真实验------迈克尔逊干涉仪实验名称：迈克尔逊干涉仪实验目的：1了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法。2观察非定域干涉条纹。3测量氦氖激光的波长。4并增强对条纹可见度和时间相干性的认识。实验仪器：迈克尔逊最早为了研究光速问题而精心设计了该装置。它是一种分振幅的干涉装置，它将一路光分解成相互垂直的两路相干光，然后通过反射再重新汇聚在另一个方向上。基于其结构原因，它是光源、两个反射镜、接收器（屏或眼睛）四者完全分立，东南西北各据一方，便于光路中安插其它器件。如利用白光测玻璃折射率，测

2、定气体折射率等。迈克尔逊干涉仪可以使等厚干涉、等倾干涉及各种条纹的变动做到非常易于调整，很方便进行各种精密测量。它的设计精巧，用途广泛，在许多科研领域都有它应用的身影。迈克尔逊干涉仪原理图A,B是分光板和补偿板；M1,M2是反射镜；S是光源；O是观察点，可以用观察屏来获得实像，也可以直接观察镜中虚像。图中的M2'是等效的M2位置。M1可在光线行进方向移动，产生与M2'的不同光程差。M1的位置使用粗调和细调旋钮调节，并且移动轨道上设有标尺。A,B是分光板和补偿板；M1,M2是反射镜；S是光源；O是观

3、察点，可以用观察屏来获得实像，也可以直接观察镜中虚像。图中的M2'是等效的M2位置。M1可在光线行进方向移动，产生与M2'的不同光程差。M1的位置使用粗调和细调旋钮调节，并且移动轨道上设有标尺。分光板、补偿板和反射镜A和B是取自同一块玻璃上的厚度和折射率一样的两个玻璃板，其中一块A的背面镀上半透半反膜，它使光线分成光强大致相等的两束相干光。另一块是补偿板，它的作用是在两个反射镜在等臂时光程相等；因为若没有补偿板，一路反射光通过A三次，而另一路透射光只通过A一次；这对于单色光时没有影响，对于复色光时

4、则影响测量结果。其背面有三个可调螺钉，在实验中它充当三维角度调整；其中一个镜子的虚像（M2'）和另一个镜子（M1）之间形成"空气夹层"。若空气层是绝对的平行，则形成的条纹是等倾干涉圆条纹；若空气层是楔形的，则形成的条纹是等厚干涉直条纹。两个反射镜中一个（M2）是固定的，另一个（M1）是可以在导轨上移动的。实验原理：1．           迈克尔孙干涉仪的结构和原理迈克尔孙干涉仪的原理图如图1所示，A和B为材料、厚度完全相同的平行板，A的一面镀上半反射膜，M1、M2为平面反射镜，M2是固定的，M1

5、和精密丝杆相连，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。图1迈克尔逊干涉仪的原理图光源S发出的光射向A板而分成（1）、（2）两束光，这两束光又经M1和M2反射，分别通过A的两表面射向观察处O，相遇而发生干涉，B作为补偿板的作用是使（1）、（2）两束光的光程差仅由M1、M2与A板的距离决定。由此可见，这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长，而且其路径是互相垂直的，分的很开，这正是它的主要优点之一。从O处向A处观察，除看到M1镜外

6、，还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2，M1与M2镜所引起的干涉，显然与M1、M’2引起的干涉等效，M1和M’2形成了空气“薄膜”，因M’2不是实物，故可方便地改变薄膜的厚度（即M1和M’2的距离），甚至可以使M1和M’2重叠和相交，在某一镜面前还可根据需要放置其他被研究的物体，这些都为其广泛的应用提供了方便。2．           点光源产生的非定域干涉一个点光源S发出的光束经干涉仪的等效薄膜表面M1和M’2反射后，相当于由两个虚光源S1、S2发出的相干光束（图2）。若原来空气膜厚度（即M

7、1和M’2之间的距离）为h，则两个虚光源S1和S2之间的距离为2h，显然只要M1和M’2（即M2）足够大，在点光源同侧的任一点P上，总能有S1和S2的相干光线相交，从而在P点处可观察到干涉现象，因而这种干涉是非定域的。若P点在某一条纹上，则由S1和S2到达该条纹任意点（包括P点）的光程差是一个常量，故P点所在的曲面是旋转双曲面，旋转轴是S1、S2的连线，显然，干涉图样的形状和观察屏的位置有关。当观察屏垂直于S1、S2的连线时，干涉图是一组同心圆。下面我们利用图3推导的具体形式。光程差图2点光源的薄

8、膜干涉图3薄膜干涉计算示意图把小括号内展开，则由于h<