迈克尔逊干涉仪 说明书

产品说明书

一、用途

该仪器主要用于高等院校物理实验中观察光的干涉现象（等厚条纹、等倾条纹、白光彩色条纹），测定单色光波长，测定光源和滤光片相干长度、配法布里─珀罗系统观察多光束干涉现象。附加适当装置，还可以扩大实验范围（如测薄片厚度和折射率，空气折射率等）。因此，它是一种用途很广的验证有关基础理论的教学实验仪器。

二、原理

图 1

如图1所示：从光源S发出的一束光，射向分光板G1，因分光板的

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后表面镀了半透膜，光束在半透膜上反射和透射分成互相垂直的两束光。这两束光分别射向相互垂直的参考镜M1，移动镜M2，经M1、M2反射后，又汇于分光板G1，最后光线朝着E的方向射出。则在E处我们就能观察到清晰的干涉条纹。

图中M2′是参考M2为半透膜表面G1所成的虚象。所以在光学上，这里的干涉就相当于M2′和M2之间的空气板的干涉。设置补偿板G2是为了当使用白光光源时，补偿G1的色散。

三、主要技术参数和规格

1、移动镜行程： WSM─100型 100mm

WSM─200型 200mm

2、微动手轮分度值： 0.0001mm

3、波长测量精度：

当条纹计数为100时，测定单色光波长的相对误差＜2％。

4、观察望远镜光学特性：放大率 3x

出瞳直径 5.3mm 视场角 8°

5、导轨直线性误差：WSM—100型±16″

WSM—200型±24″

6、分光板，补偿板平面度：λ/ 30

7、移动镜参考镜平面度：λ/ 20

8、仪器外形尺寸(mm)

WSM─100型长430×宽180×高320

WSM─200型长500×宽210×高360

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9、仪器净重：WSM─100型 11公斤 WSM─200型 15公斤

四、仪器的结构与调整

开箱后，检查装箱清单和实物是否相符，产品合格证及说明书是否齐全，然后清洗导轨，丝杆面上的防锈油脂，加上T5精密仪表油。

仪器主体如图2所示，导轨(7)固定在一只稳定的底座上，由三只调平螺丝(9)支承调平后可以拧紧锁紧圈(10) 以保持座架稳定。丝杆(6)螺距为1mm，转动粗动手轮(2)，经一对传动比大约为2:1的齿轮付带动丝杆旋转与丝杆啮合的可调螺母(4)，通过防转挡块及顶块带动移动镜(11)在导轨面上滑动,实现粗动，移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻尺(5)上读得；通过读数窗口，在刻度盘(3)上读到0.01mm，转动微动手轮(1)，经1: 100蜗轮付传动，可实现微动，微动手轮的最小读数值为0.0001mm，移动镜(11)和固定镜(14) 的倾角可分别用镜背后的三颗滚花螺丝(13)来调节，各螺丝的调节范围是有限度的。如果螺丝向后顶得过松在移动时,可能因震动而使镜面倾角变化，如果螺丝向前顶得太紧，致始条纹形状不规则，因此必须使螺丝在能对于干涉条纹有影响的范围内进行调节，在固定镜(14)附近有两个微调螺丝(15)，垂直的螺丝使镜面干涉图象上下微动，水平螺丝则使干涉图象水平移动，丝杆顶进力可通过滚花螺帽(8)来调整，仪器各部活动环节要求转动轻便，弹性元件接触力适宜，为此，使用时各活动件须定期加薄油(如钟油)。当使用完毕，需存放一段时期时，导轨丝杆面应上防锈油，由于结构上原因，微动手轮正反空回，出厂时允许在0.03mm范围内，这对测试是无影响的。

迈克尔逊干涉仪光路暴露在外面，适用于教学演示，其条纹质量，

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出厂时已经保证，如果出现不园整，不规则现象，应检查分光板和补偿之间相互是否平行，照明光轴是否在视场上居中，与分光面成45°等。

用户可调移动镜和固定镜粗微动螺钉来实现，以保证干涉条纹清晰。

图2 干涉仪结构示意图

五、使用方法

需配适当的光源，如：激光、钠灯、加滤色片的汞灯、白光等。在实验前应将仪器调整至水平。

1、观察非定域干涉条纹

①点光源：建议使用JGQ-250氦氖激光源或HNL-55700多束光纤激光源。

②使用JGQ-250氦氖激光源作光源时，先把扩束镜装在激光器上，并将扩束的激光斑照在干涉仪分光板上，光轴基本与固定镜垂直。

③使用HNL-55700多束光纤激光源作光源时，按其说明书将一束光纤安装在分光板的前端，使出射的激光斑照射在分光板上，光轴基本与固定镜垂直。因从光纤出射的激光已经扩束，故不需另加扩束镜。

④转动粗动手轮，将移动镜M1的位置置于机体侧面标尺所示约32mm处，此位置为固定镜M2和移动镜M1相对于分光板的大约等光程位置。从投影屏处观察（此时不放投影屏），可看到由M1和M2各自反射的两排光点像，仔细调整M1和M2后的三只调节螺钉，使两排光点像严格重合，这样M1和M2就基本垂直即M1和M2′就互相平行了。装上投影屏，即可在屏上观察到非定域干涉条纹，再轻轻调节M2后的调节螺钉，使出现的圆条纹中心处于投影屏中心。

⑤转动粗动手轮和微动手轮，使M1在导轨上移动，并观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随程差的改变而变化的情况。

2、测量He-Ne激光的波长

利用非定域的干涉条纹测定波长。按上述1的方法调出干涉圆条纹，

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单向缓慢转动微调手轮移动M1，将干涉环中心调至最暗（或最亮），记下此时M1的位置，继续转动微调手轮，当条纹“吞进”或“吐出”变化数为m时，再记下M1的位置，设M1位置的变化数为ΔL，则根据双光束干涉原理，测得He-Ne激光的波长为：

λ= 2ΔL / m

测量时，m的总数要不少于500条，可每累进50条时读取一次数据，连续取10个数据，应用逐差法加以处理。

3、观察定域干涉条纹

①扩展光源：建议采用可升降式低压钠灯（GP20Na—II），He-Ne 激光器作调整仪器用辅助光源。

②等倾干涉

先用He-Ne激光器调整仪器，在激光器前放一小孔光栏，使扩束的激光束通过光栏，并经分光板G1反射到移动镜M1上（此时应将固定镜的反射面遮住），再反射经分光板返回至小孔光栏上，仔细调整M1后的三个调节螺钉使最后的反射光点像与光栏的小孔严格重合。转动粗动手轮移动M1，要求反射光点像不随M1的移动而产生漂移。此后的实验过程中，不可再旋动M1后的三颗调节螺钉。

换上钠光灯，出光口装有毛玻璃，以使光源成为面光源，用聚焦到无穷远的眼睛代替屏，仔细调节M2后的调节螺钉，可看到圆条纹，进一步调节M2的调节螺钉，使眼睛上下左右移动时，各圆的大小不变，仅是圆心随眼睛移动，这是我们看到的就是严格的等倾条纹。移动M1观察条纹的变化情况。

③等厚干涉

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移动M1和M2′大致重合，调节M2后的螺钉使M1和M2′有一个很小的夹角，这时视场中出现直线干涉条纹，这就是等厚干涉条纹。仔细调节M2后的螺钉和微调螺钉，即改变夹角的大小，观察条纹的疏密变化。

4、测量钠光的相干长度

可利用等厚条纹的观察方式，用等厚干涉条纹来测出钠光的相干长度。首先把干涉仪两臂调到接近相等，此时干涉条纹的对比度最佳，然后移动M1，直至干涉条纹由模糊变为几乎消失，这时的光程差即为相干长度。钠光灯的相干长度为2cm左右。

可观察He-Ne激光的相干情况，因为激光的单色性很好，相干长度有几米到几十米的范围，故不必在干涉仪上测出。

5、测钠黄光波长及钠黄光双线的波长差

①按第3条②等倾干涉的调节方法将仪器调整好，并调出干涉圆条纹，再按第2条测量He-Ne激光波长的方法进行测量。

②同上调整仪器。如果使用绝对单色光源，当干涉光的光程差连续改变时，条纹的可见度一直是不变的。当使用的光源包含两种波长λ1及λ2，且λ1及λ2相差很小，当光程差为

L = mλ 1 = (m+1/2) λ 2 （其中m为正整数）

时，两种光的条纹为重叠的亮纹和暗纹，使得视野中条纹的可见度减低，若λ1及λ2的光的亮度又相同，则条纹的可见度为零，即看不清条纹了。再逐渐移动M1以增加（或减少）光程差，可见度又逐渐提高，直到λ1的亮条纹与的λ2亮条纹重合，暗条纹和暗条纹重合，此时可看到清晰的干涉条纹，再继续移动M1，可见度又下降，在光程差

L+ΔL = ( m+Δm )λ1 = ( m+Δm+ 3/2 )λ 2

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8 时，可见度最小（或为零）。因此，可测出从某一可见度为零的位置到下

一个可见度为零的位置，位置差为ΔL ，其间光程差变化应为： L L ?=?=?2

2

1λλλλ

Δλ即为欲测的钠黄光双线的波长差，λ为λ

1及λ2的平均值，可

用步骤①中测出的波长值代入。

6、观察白光干涉条纹 按第3条②等倾干涉的调节方法将仪器调整好，并调出干涉圆条纹，转动粗动手轮，使圆条纹变宽，当出现1-2条条纹时，用微动手轮再仔细地调到条纹消失，即零光程位置，此时，将光源换成平行的白光光源，在E 处可观察到中央为直线黑纹，两旁有对称分布的彩色条纹的白光干涉条纹。

用本方法可以测量固体透明薄片折射率n 或厚度。当调出中央条纹后，在M 1和G 1之间放入一透明薄片，中央条纹移出视场，将M 1向G 1前移，会重新观察到中央条纹，测出放入薄片前后均可观察到彩色条纹的位置差ΔL ，由式：

)1(2-=?n l L

可求出 l 或 n ，一般 l 应＜0.5mm 为宜。

7、 多光束干涉

将干涉仪上的分光板部件和移动镜拆除，换上法布里—珀罗系统。转动粗动手轮，使法布里—珀罗系统的移动镜和参考镜保持一定的距离（约2～3mm ）。用扩束的氦氖激光(或前置有毛玻璃的钠光灯)从移动镜的后面

射入，仔细调整两镜后面的螺钉，使两镜平行，此时可在E处观察到（或利用观察望远镜）干涉圆条纹。

例：以钠光灯为光源时，先在毛玻璃上用笔画一“+”作标记，在E 处先用肉眼观察到重叠的“+”字像，通过调节移动镜和参考镜的螺钉，使像重合为一个“+”字，此时即可观察到干涉圆条纹；在E处放置观察望远镜，通过仔细调节移动镜和参考镜下的微调螺钉，可观察到两圈一组（分别由589.0nm和589.6nm构成）的干涉环；此时连续同向转动微动手轮，可发现589.0nm和589.6nm的两个环慢慢重叠为一个环，然后又分开为两个环，周而复始；通过测量微动手轮的移动镜移动距离，即可计算出钠的波长差。

由于法布里—珀罗系统具有较高的分辨本领，理论上固定间隔的法布里—珀罗标准具的分辨本领可达1/100埃的数量级。对本仪器而言，无论换用钠光或白光，其实验现象或测量结果均大大优于平板式单光束干涉，而干涉滤光片就是应用此法制作的具有较好波长半宽度的选光元件。

六、维护保养

1、仪器应妥善地放在干燥、清洁的房间内，防止振动，仪器搬动时，应托住底座，以防导轨变形。

2、光学零件不用时，应存放在清洁的干燥盆内，以防止发霉。反光镜、分光镜一般不允许擦拭，必要擦拭时，须先用备件毛刷小心掸去灰尘，再用脱脂清洁棉花球滴上酒精和乙醚混合液轻拭。

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3、传动部件应有良好的润滑。特别是导轨、丝杆、螺母与轴孔部分，应用T5精密仪表油润滑。

4、使用时，各调整部位用力要适当，不要强旋、硬扳。

5、导轨面丝杆应防止划伤、锈蚀，用毕后，仍保持不失油状态。

6、经过精密调整的仪器部件上的螺丝，都涂有红漆，不要擅自转动。

七、常见故障及检修方法

1、干涉环不圆正：

原因：（1）分光板膜层面反向。

（2）两组出射光瞳错位。

（3）分光板、补偿板、移动镜及参考镜有压应力。

检修方法：

分光板膜层应是入射光的第二面，如装在第一面，则调出的等倾干圆涉环是直的椭圆形干涉环，可旋松分光板的三只宽头螺钉，取出分光板，反过180°重新装入金属框内，把三只宽头螺钉旋到原来的压紧力。分光板调整请参考故障6检修方法。

分光板，补偿板的宽头螺钉，移动镜及参考镜的调节滚花螺钉压紧力过大，使各镜片逐步变形产生等倾干涉圆环不规则，适当放松过紧的螺钉即可消除。

2、读数空位大于0.03mm

原因：（1）传动螺母和丝杆的配合间隙大。

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（2）拖板体下面的顶块间隙偏大。

（3）档板与导轨配合过松。

检修方法：

可先调整顶块间隙，拖板体在工作状态下旋松顶块螺钉，左手大拇指将拖板体向读数头方向轻推，中指压紧顶块，然后固紧顶块螺钉。如果仍未达到要求，调整档板与导轨的间隙达0.02mm，再调节传动螺母上的两只螺钉（老产品有四只）

3、转动粗动手轮时拖板不走。

原因：（1）仪器受强烈冲击后，丝杆向尾架方向脱出，造成读数头

啮合齿轮错位。

（2）传动小齿轮固紧螺母松动，造成传动小齿轮与丝杆打滑。

（3）大齿轮及粗动手轮的压紧螺母松动。

检修方法：

首先检查粗动手轮压紧螺母，然后检查精密丝杆是否向尾架方向脱出，如已脱出，可松动尾架三只螺钉，一面将丝杆推向读数头，一面慢慢转动粗动手轮，最后旋紧尾架三只螺钉，如果是小齿轮固紧螺母和大齿轮固紧螺母松动，先拆去传动盒盖，再拆下门字架，固紧螺母，重新依次装配即可。

4、转动微动手轮时拖板不走。

原因：（1）传动小齿轮压紧螺母松，使盆形弹簧片无压紧力，造成

蜗轮空转。

（2）粗微动有脱开机构的干涉仪，蜗杆压紧弹簧片失灵。

（3）微动手轮压紧螺母松。

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检修方法：

先检查微动手轮的压紧螺母。然后打开传动盒盖，取下门字架，旋紧传动小齿轮压紧螺母，使盆形弹簧片压紧蜗轮，此时转动蜗轮应带动精密丝杆，依次装好拆下的另件。

如果是脱开机构，应检查蜗杆拖板是否已被压死。如被压死，可拆下左右压块，清洗、上油（7101油脂）重新装配即可，如蜗杆拖板较松，说明蜗杆拖板的弹簧压力减小，（1）可拆下弹簧改小R增加弹性。（2）调换弹簧片。

5、转动粗动手轮时，等倾干涉环从中心向外漂移。

原因：入射的光源不垂直于移动镜。

检修方法：

此种现象，并非仪器故障，主要是入射的光源不垂直于移动镜，因多数易误解为导轨直线性不好所致，故亦在此说明。首先调整干涉仪三只底脚调平螺钉，使仪器基本按放水平，然后调整光源，使扩束激光充满固定镜，将移动镜调至零光程附近，转动粗动手轮调等倾直条纹，说明扩束激光基本垂直于移动镜，此时转动粗动手轮出现的干涉圆环就不会漂移。

6、白光干涉条纹不对称。

原因：（1）受运输冲击或使用过程中碰过分光板和补偿板两板平行

度已被破坏。

检修方法：

调整分光板与补偿板的平行性，在没有自准直仪时，可通过两板同时观察室内目标物。如日光灯，调节两板上的宽头螺钉，使双象基本重

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合，这时调出的白光彩色条纹可达到基本对称，如仍有不对称现象，可调节补偿板的三只宽头螺钉达到完全对称。

7、波长测定值偏长。

原因：（1）拖板体测面弹簧片压力太紧。

（2）档板与导轨配合过紧。

（3）导轨面润滑油脂太厚。

（4）蜗轮稍有打滑。

（5）丝杆尾架压紧力偏小。

检修方法：

先检查拖板体测面的弹簧片是否太紧，如太紧可将弹簧变形减少压力的办法解决。第二取下拖板体，检查开合螺母上的档板与导轨面的配合是否过紧，如过紧可调整档板，旋松两只螺钉，提高档板与导轨接触处垫入0.02mm 厚的锡片，放下档板，固紧螺钉，拿掉锡片。第三导轨如加上厚的油脂，会使拖板增加阻尼或厚的油脂上带有杂质，会使拖板不按导轨直线移动。应清洗后重新上油。第四检查尾架内的弹簧，如压紧力偏小，可把滚花螺套旋出，将弹簧拉长即可。

如遇蜗轮稍有打滑，检修时必须小心拆装，先拆下传动盒盖，拆下门字架，取下小钢球，旋下小齿轮压紧螺母，用专用夹具取下读数盘，平面轴承，盆形弹簧片、蜗轮等。在汽油中清洗、烘干，重新涂硬性润滑油脂（杭光3#或7107油脂），重新装配时可在平面轴承与读数盘之间加0.2mm的金属垫片，手感磨擦力有所增加后，依次重新装配，再进行测量检查。

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14 迈克尔逊干涉系统

法布里—珀罗干涉系统

八、主机、附件包装箱清单

1、主机(包括水平拉杆和滑架) 1台

2、分光镜部件 1套

3、移动镜部件 1套

4、投影屏 1只

5、镜头毛刷 1支

6、检验合格证 1份

7、使用说明书 1份

8、干燥剂(硅胶) 2袋

9、法布里──珀罗固定镜部件 1套

10、法布里──珀罗移动镜 1套

11、望远镜(包括垂直插杆) 1套

(其中9－11仅在A型机中附有，购买时清注意报价单)

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迈克尔逊干涉仪测He-Ne激光的波长

实验十 迈克尔逊干涉仪测He-Ne 激光的波长 迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作设计制作出来的精密光学仪器。它利用分振幅法产生双光束以实现光的干涉，可以用来观察光的等倾、等厚和多光束干涉现象，测定单色光的波长和光源的相干长度等。在近代物理和计量技术中有广泛的应用。 【实验目的】 1．了解迈克尔逊干涉仪的特点，学会调整和使用。 2．学习用迈克尔逊干涉仪测量单色光波长及薄玻璃片厚度的方法。 【实验仪器】 WSM-100型迈克尔逊干涉仪，HNL －55700型H e -N e 激光器、扩束镜，白赤灯，毛玻璃片，光具座，薄玻璃片。 【实验原理】 迈克尔逊干涉仪工作原理：如图10-1所示。在图中S 为光源，G 1是分束板，G 1的一面镀有半反射膜，使照在上面的光线一半反射另一半透射。G 2是补偿板，M 1、M 2为平面反射镜。 光源H e -N e 激光器S 发出的光经会聚透镜L 扩束后，射入G 1板，在半反射面上分成两束光：光束(1)经G 1板内部折向M 1镜，经M 1反射后返回，再次穿过G 1板，到达屏E ；光束(2)透过半反射面，穿过补偿板G 2射向M 2镜，经M 2反射后，再次穿过G 2，由G 1下表面反射到达屏E 。两束光相遇发生干涉。 补偿板G 2的材料和厚度都和G 1板相同，并且与G 1板平行放置。考虑到光束(1)两次穿过玻璃板，G 2的作用是使光束(2)也两次经过玻璃板，从而使两光路条件完全相同，这样，可以认为干涉现象仅仅是由于M 1镜与M 2镜之间的相对位置引起的。 为清楚起见，光路可简化为图10-2所示，观察者自E 处向G 1板看去，透过G 1板，除直接看到M 1镜之外，还可以看到M 2镜在G 1板的反射像M 2'，M 1镜与M 2'构成空气薄膜。事实上M 1、M 2镜所引起的干涉，与M 1、M 2'之间的空气层所引起的干涉等效。 1．干涉法测光波波长原理： 考虑M 1、M 2'完全平行，相距d 时的情况。点光源S 在镜M 1、M 2'中所成的像s '、s ''构成相距d 2的相干光源，光路如图10-3所示。设s ''到0点的距离 为h 。这种情况下，干涉现象发生在两光相遇的所有空间中，因此干涉是非定域 的。对于屏幕上任意一点P 处，设s ''到0点的距离为h 。两像光源发出的光相 遇时的光程差为δ，P 点处发生相长干涉的条件为： λ=θ-θ+=δk h d 2h 2 1cos cos (10—1) 由(10-1)式，结合图3可以看出，保持h 与d 不变，令P 点向外移动时，1θ、2θ将增大，对应级次K 将伴随δ减小，所以中央条纹的级次高。 2E 图10-1 迈克尔逊干涉仪原理图 M M '图10-3干涉光程计算 2S 图10-2 迈克尔逊干涉仪简化光路

实验7迈克尔逊干涉仪的调整和使用

实验7 迈克尔逊干涉仪的调整和使用 【实验目的】 1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法。 2. 观察等倾干涉，等厚干涉的条纹，并能区别定域干涉和非定域干涉。 3. 测定He-Ne 激光的波长。 【实验仪器】 迈克耳逊干涉仪、多光束激光器、叉丝、毛玻璃屏 【预习要求】 1. 叙述非定域干涉和定域干涉特点及观察方法 2.制定观察和测量步骤 【研究内容与方法】 1. 观察非定域干涉条纹并测量光波波长 (1)非定域干涉条纹的调节： 为了获得肉眼直接可观察得到的干涉条纹，要求两束相干光的传播方向夹角必须很小，几乎是共线传播。为此，作如下调节：在He —Ne 激光器前设一小孔光阑，使激光束通过小孔，并经过分光板1G 中心透射到反射镜2M 中心上。然后调节2M 后面三个螺丝，使光点反射像返回到光阑上并与小孔重合。再调从1G 后表面反射到1M 的光束，调节1M 后面三个螺丝，使其反射光到达1G 后表面时恰好与2M 的反射光相遇(两光点完全重合)，同时两反射光 在光阑的小孔处也完全重合。这样1M 和2M 就基本上垂直即1M 和2 M '互相平行了。 去掉光阑，该处放一短焦距的透镜，使激光束会聚成一点光源，这时在屏上就可以看到 干涉条纹了，再仔细调节2M 的两个微调拉簧螺钉，使1M 和2 M '严格平行，则在屏上就可看到非定域的圆条纹。 转动手轮使1M 在导轨上移动，观察条纹变化情况。并体会非定域的含义。 (2)测量He —Ne 激光的波长 利用非定域的干涉条纹测定波长。移动1M 以改变d ，记下“冒”出或“缩”进的条纹数N ?，可每累进50条读取一次数据，连续取10个数据，利用(2)式即可算出λ（参见阅读材料）。 表1 波长测量数据记录与处理表

迈克尔逊干涉仪测‘

实验四 用迈克尔逊干涉仪空气的折射率 一、实验目的 用分离的光学元件构建一个迈克尔逊干涉仪。 通过降低空气的压强测量其折射率。 二、仪器和光学元件 光学平台；HeNe 激光；调整架，35x35mm ；平面镜，30x30mm ；磁性基座；分束器50:50；透镜，f=+20mm ；白屏；玻璃容器，手持气压泵，组合夹具，T 形连接，适配器，软管，硅管 三、实验原理 借助迈克尔逊干涉仪装置中的两个镜，光线被引进干涉仪。通过改变光路中容器内气体的压强，推算出空气的折射率。 If two Waves having the same frequency ω , but different amplitudes and different phases are coincident at one location , they superimpose to ()()2211sin sin αα-?+-?=wt a wt a Y The resulting can be described by the followlng : ()α-?=wt A Y sin w ith the amplitude δ cos 22122212?++=a a a a A (1) and the phase difference 21ααδ-= In a Michelson interferometer , the light beam is split by a half-silvered glass plate into two partial beams ( amplitude splitting ) , reflected by two mirrors , and again brought to interference behind the glass plate . Since only large luminous spots can exhibit circular interference fringes , the Iight beam is expanded between the laser and the glass plate by a lens L . If one replaces the real mirror M3 with its virtual image M3 /, , Which is formed by reflection by the glass plate , a point P of the real light source appears as the points P / , and P " of the virtual light sources L l and L 2 · Due to the different light paths , using the designations in Fig . 2 , 图 2 the phase difference is given by : θλπδcos 22???=d （2） λis the wavelength of the laser ljght used . According to ( 1 ) , the intensity distribution for a a a ==21 is 2cos 4~2 22δ??=a A I (3) Maxima thus occur when δis equal to a multiple of π2,hence with ( 2 ) λθ?=??m d cos 2；m=1，2，….. ( 4 )

ZYGO干涉仪-使用说明讲课教案

Z Y G O干涉仪-使用说 明

1目的 为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。 2范围 本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。 3 录取数据 在检验过程中将会生成以下记录： 3.1干涉图（保存文件名为*.Tif），在实时窗口上点击FILE-SAVE保存。 3.2测试数据（保存文件名为*.Dat），测试完成后点击SAVE DATE保存。 4 Zygo干涉仪的定义 4.1 应用（application） 应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合，保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量，GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量，Angle.app用于平行角度的测试。 4.2 猫眼像（cateye） 又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹，是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。 4.3 镜片像

从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。包含待测零件的表面或波前信息，是面形检测的主要信息来源。 4.4 升降台 可以升降的平台，带有小倾角调节功能，一般用于放置平面元件。 4.5 Align/View 模式 按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一。align模式可以看到一个黑色固定的十字线和反射回干涉仪的光点，一般用于零件对准，特点是视场较大。View 模式是按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一，可以看到干涉条纹，特点是放大率较高，但是视场较小。一般在align界面对准后在view 界面观察条纹。 4.6 标准镜 干涉仪上使用的参考表面，用于生成理想的平面、球面波，作为测量基准。 4.7 长度基准 设定图像的长度基准，因为放大率不同或者屈光度不同，同样大小的干涉图所代表的零件大小可能有很大的差异。设定长度基准的目的就是告诉干涉仪图形中的一段长度相当于镜片中长度的多少，方便控制测量区域和设定掩膜。 4.8 掩膜（mask）

迈克尔逊干涉仪实验报告

迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，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，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。 关键词： 迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率； 一、引言 【实验背景】 迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹，主要用于长度和折射率的测量。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具； 它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。 【实验目的】 1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法； 2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律； 3．测量空气的折射率。 【实验原理】 （一） 迈克尔逊干涉仪 1M 、2M 是一对平面反射镜，1G 、2G 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，1G 称 为分光板，在其表面 A 镀有半反射半透射膜，2G 称为补偿片，与1G 平行。 当光照到1G 上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到1M ，经1M 反射后，透过2G ，在1G 的半透膜上反射到达E ；反射光2射到2M ，经2M 反射后，透过1G 射向E 。两束光在玻璃中的 光程相等。当观察者从E 处向1G 看去时，除直接看到2M 外还可以看到1M 的像1 M 。于是1、2

雷尼绍干涉仪使用方法ML-80

一、本次我们主要研究：如何检测机床的螺距误差。因此我们主要的任务在于： 1.应该使用什么仪器进行测量 2.怎么使用测量仪器 3.怎么进行数据分析 4.怎么将测量所得的数据输入对应的数控系统 二、根据第一点的要求，我们选择的仪器为：Renishaw 激光器测量系统，此仪器检测的范围包括： 1.线性测量 2.角度测量 3.平面度测量 4.直线度测量 5.垂直度测量 6.平行度测量 线性测量：是激光器最常见的一种测量。激光器系统会比较轴位置数显上的读数位置与激光器系统测量的实际位置，以测量线性定位精度及重复性。 三、根据第二点的解释，线性测量正符合我们检测螺距误差的要求。因此，我们此次使用的检测方法——线性测量。 总结以上我们的核心在于：如何操作Renishaw 激光器测量系统结合线性测量的方法进行检测，之后将检测得到的数据进行分析，最后将分析得到的数据存放到数控系统中。这样做的目的在于——提高机床的精度。

第二章、基础知识 2.1 什么是螺距误差？ 开环和半闭环数控机床的定位精度主要取决于高精度的滚珠丝杠。但丝杠总有一定螺距误差，因此在加工过程中会造成零件的外形轮廓偏差。 由上面的原因可以得知： 螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。 2.2 为什么要检测螺距误差？ 根据2.1节，检测螺距误差是为了减少加工过程中造成零件的外形轮廓偏差，即提高机床的精度。 2.3 怎么检测螺距误差？ （1）安装高精度位移检测装置。 （2）编制简单的程序，在整个行程中顺序定位于一些位置点上。所选点的数目及距离则受数控系统的限制。 （3）记录运动到这些点的实际精确位置。 （4）将各点处的误差标出，形成不同指令位置处的误差表。 （5）多次测量，取平均值。 （6）将该表输入数控系统，数控系统将按此表进行补偿。 2.4 什么是增量型误差、绝对型误差？ ①增量型误差 增量型误差是指：以被补偿轴上相邻两个补偿点间的误差差值为依据来进行补偿 ②绝对型误差 绝对型是误差是指：以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿 2.5 螺距误差补偿的原理是什么？ 螺距误差补偿的基本原理就是将数控机床某轴上的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控加工全行程上的误差分布曲线，再将误差以表格的形式输入数控系统中。这样数控系统在控制该轴的运动时，会自动考虑到误差值，并加以补偿。 采用螺距误差补偿功能应注意：螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整，其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。 第三章、认识激光干涉仪

迈克尔逊干涉仪实验与最佳测量区间的分析

迈克尔逊干涉仪实验与最佳测量区间的分析 摘要：用迈克尔逊干涉仪能观察到等倾干涉、等厚干涉条纹和白光干涉的彩色条纹。产生等倾干涉与等厚干涉不仅与M 1与2'M 之间的夹角α有关，还受其间空气 层厚度d 的影响。在测H e-N e 激光波长时，通过分析，在一定的测量区间内，测得的波长误差较小。本文主要对等倾干涉等厚干涉所遇到的现象、特点及仪器的调节图像的判断进行分析，接着分析白光干涉现象中央条纹的亮暗，最后对测波长的最佳区间分析，并经过实验得出最佳测量范围。 关键词：迈克尔逊干涉仪 等倾干涉 等厚干涉 白光干涉 最佳测量区间 Michelson interferometer experiment with the best measurement interval analysis Abstract: Such dumping intervention, uniform thickness interference, white stripe and color interference fringes as can be observed in the Michelson interferometer. Inclined to interfere in the formation and the thickness intervention with the M 1 and 2'M the angle, which is also affected by the air layer thickness d effects. The He – Ne laser wavelength measurement, after analysis, in a certain interval measurement, the measurement error of wavelength is smaller. In this paper, such as the dumping of interference encountered thick interference phenomena, characteristics and the regulatory apparatus judgment image analysis then analyzes white interference fringes of the central-darkness, in the final test ,after the best wavelength interval analysis, we carry out some experiments and make out the best measurement range Key words: Michelson interferometer dumping intervention uniform thickness interference the white light interference best sampling interval

大学物理实验之迈克尔逊干涉仪的调整与应用方法及步骤详解

迈克尔逊干涉实验 实验前请认真阅读本要点： （1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。 测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。 注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。 仿真实验位于： 桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验（第二部分），其中 大学物理仿真实验（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。 （2）实验内容 1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。 2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规范记录实验数据及已知参数等。 3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。 4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。 （3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记

环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。 （4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。（一些问题详见附录4 疑难解答） 测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。 测量固体试件的线膨胀系数的同学还要掌握如何正确进行控温（详见38的实验内容1）。 （5）测波长的同学（后十位同学）需每冒出（或缩进）50环，读一次 M镜 1 的位置，至少连续测8组，将数据填入表格，并观察其实验现象。 测线膨胀系数的同学（前十位同学）可以采用按升高（降低）一定的温度（例如2℃）测量试件伸长量的方法(采用逐差法)进行测量，要求连续测量8组；也可以采用按试件一定的伸长量（例如由20个干涉环变化算出的光程差），测出所需升高（降低）温度的方法进行测量，要求连续测量8组。 注：测波长或测线膨胀系数只需做其中之一，但两个实验都需要掌握；请注意数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)）。 （6）将所测量数据输入相应的数据处理文件（位于F盘，共有迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)三个文件），不要关闭文件，让老师检查数据是否合格。 （7）数据合格后重新用新报告纸按要求记录所测数据（并记录其标准值或

“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。

zygo干涉仪使用说明

1目的 为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。 2范围 本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。 3 录取数据 在检验过程中将会生成以下记录： 3.1干涉图（保存文件名为*.Tif），在实时窗口上点击FILE-SA VE保存。 3.2测试数据（保存文件名为*.Dat），测试完成后点击SA VE DATE保存。 4 Zygo干涉仪的定义 4.1 应用（application） 应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合，保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量，GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量，Angle.app用于平行角度的测试。 4.2 猫眼像（cateye） 又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹，是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。 4.3 镜片像 从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。包含待测零件的表面或波前信息，是面形检测的主要信息来源。 4.4 升降台 可以升降的平台，带有小倾角调节功能，一般用于放置平面元件。 4.5 Align/View 模式 按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一。align模式可以看到一个黑色固定的十字线和反射回干涉仪的光点，一般用于零件对准，特点是视场较大。View 模式是按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一，可以看到干涉条纹，特点是放大率较高，但是视场较小。一般在align界面对准后在view界面观察条纹。

zygo干涉仪gpi-p-d使用说明

ZYGO干涉仪使用说明 目的 制定本文件是为了详细说明如何使用ZYGO干涉仪测量平面、球面、柱面晶体元件的曲率半径、面形（平行度、平面度）、以及透过波前畸变，并提高检验过程的准确性和可重复性。 范围 本文件涉及用ZYGO干涉仪检测平面、球面、柱面元件的一般方法。 记录 在检验过程中将会生成以下记录： 干涉图（保存文件名为*.Tif），在实时窗口上点击FILE-SAVE保存。 测试数据（保存文件名为*.Dat），测试完成后点击SAVE DATE保存。 相关文件 与本文件相关的文件有： ?待测零件图纸 定义 应用（application） 应用是ZYGO干涉仪中一系列功能的组合，保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是用于一般的平面和球面的测量，用于柱面面形的测量，用于平行角度的测试。 猫眼像（cateye） 又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹，是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。 镜片像 从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。包含待测零件的表面或波前信息，是面形检测的主要信息来源。 升降台

可以升降的平台，带有小倾角调节功能，一般用于放置平面元件。 Align/View 模式 按下控制盒上的align/view切换的2个模式之一。align模式可以看到一个黑色固定的十字线和反射回干涉仪的光点，一般用于零件对准，特点是视场较大。View模式是按下控制盒上的align/view切换的2个模式之一，可以看到干涉条纹，特点是放大率较高，但是视场较小。一般在align界面对准后在view界面观察条纹。 标准镜 干涉仪上使用的参考表面，用于生成理想的平面、球面波，作为测量基准。 长度基准 设定图像的长度基准，因为放大率不同或者屈光度不同，同样大小的干涉图所代表的零件大小可能有很大的差异。设定长度基准的目的就是告诉干涉仪图形中的一段长度相当于镜片中长度的多少，方便控制测量区域和设定掩膜。 掩膜（mask） 表明干涉图中有效区域的工具。可以根据需要设定有效区域的形状、大小、位置，也可以从有效区域中挖去一部分不需要的。 职责 主要包括以下几个方面： zygo干涉仪使用和维护部门为品管部。品管部经理负责保证过程实施所需的培训及资源。 按照校准计划对设备定期检定。 指定的仪器使用者需保证使用过程按按照操作规程操作仪器（程序文件要求实施）。 定期对设备进行保养。 工具、计量器具、测量设备 主要设备和工具包括： ZYGO干涉仪，导轨，三爪卡盘，六维调整架，平面标准镜TF，各种规格的球面标准镜TS，柱面标准镜CGH，标准平面反射镜，升降台 认识ZYGO干涉仪

迈克尔逊干涉仪的调节和使用

迈克尔逊干涉仪的调节和使用 迈克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅双光束干涉装置，可以用来研究多种干涉现象，并进行较精密的测量。其在近代物理和近代计量技术中有着重要的应用，如测量标准长度等。从迈克尔逊干涉仪发展而成的各种干涉仪（如泰曼干涉仪），在制造精密光学仪器的工作中应用得相当广泛。 【实验目的】 1．了解迈克尔逊干涉仪的构造，并学会该仪器的调节与使用。 2．用迈克尔逊干涉仪测定钠光的波长。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪、钠灯及其电源、叉丝。 【实验原理】 1．仪器构造简介 实验室中最常用的迈克耳逊干涉仪，其原理图和结构图如图1和图2所示。M 1和M 2 是在相互垂直的 图1 图2 两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺旋，用来调节镜面的方位；M2是固定的，M1由精密丝杆控制，可沿臂轴前后移动，其移动距离由转盘读出。仪器前方粗动手轮分度值为10-2mm，右侧微动手轮的分度值为10-4mm，可估读至10-5mm，两个读数手轮属于蜗轮蜗杆传动系统。在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成45o的平行平面玻璃板P 1 ，且在P1的第二平面上镀以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射 光2，故P 1板又称为分光板。P 2 也是一平行平面玻璃板，与P1平行放置，厚度和折射率均

与P 1相同。由于它补偿了1与2之间附加的光程差，故称为补偿板。 从扩展光源S 射来的光，到达分光板P 1后被分成两部分。反射光1在P 1处反射后向着M 1前进；透射光2透过P 1后向着M 2前进。这两列光波分别在M 1、M 2上反射后沿着各自的入射方向返回，最后都到达E 处。既然这两列光波来自光源上同一点O ，因而是相干光，在E 处的观察者能看到干涉图样。 由于从M 2返回的光线在分光板P 1的第二面上反射，使M 2在M 1附近形成一平行于M 1 的虚像M?2，因而光在迈克耳逊干涉仪中自M 1和M 2的反射，相当于自M 1和M?2的反射。由此可见，在迈克耳逊干涉仪中所产生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。 2．实验原理 当M 1和M?2严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。所有倾角为i 的入射光束，由M 1和M?2反射光线的光程差Δ均为 2cos d i ?= （1） 式中i 为光线在M 1镜面的入射角，d 为空气薄膜的厚度，它们将处于同一级干涉条纹，并定位于无限远。这时，在图1中的E 处，放一会聚透镜，在其焦平面上（或用眼在E 处正对P 1观察），便可观察到一组明暗相间的同心圆纹。这些条纹的特点是： 干涉条纹的级次以中心为最高。在干涉纹中心，因i =0，由圆纹中心出现亮点的条件 2d k λ?== （2） 得圆心处干涉条纹的级次 2d k λ = （3） 当M 1和M ′2的间距d 逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如第k 级，必定以以其 cos k i 的值来满足2cos k d i k λ=，故该干涉条纹向k i 变大（cos k i 变小）的方向移动，即向外扩展。这时，观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”，且每当间距d 增加/2λ时，就有一 个条纹涌出。反之，当间距由大逐渐变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心，且每陷入一个条纹，间距的改变亦为/2λ。 因此，只要数出涌出或陷入的条纹数，即可得到平面镜M 1以波长λ为单位的移动距离。显然，若有N 个条纹从中心涌出时，则表明M 1相对于M′2移远了 2d N λ ?= （4） 反之，若有N 个条纹陷入时，则表明M 1和M?2移近了同样的距离。根据（4）式，如果已知光波的波长λ，便可由条纹变动的数目，计算出M 1移动的距离和干涉条纹变动的数目，便可算出光波的波长。 2d N λ?= 本次实验每组测量N 取50个条纹的“涌出”或“陷入”，并在迈氏干涉仪上读出12 ,d d ，便 可知d ?的值，则 2 2410 50 d d λ-= ?=???mm 4 410d =???nm 【注意事项】 ①该仪器很精密，各镜面必须保持清洁，切忌用手触摸光学面，精密丝杆和导轨的精度也是很高的，操作时要轻调慢拧。 ②为了使测量结果正确，必须消除螺距差（回程误差），也就是说，在测量前，应将微动手轮按某一方向（例如顺时针方向）旋转几圈，直到干涉条纹开始移动以后，才可开始读数测量（测量时仍按原方向转动）。 ③做完实验后，要把各微动螺丝恢复到放松状态。

迈克尔逊干涉仪测量空气折射率

空气折射率的测量 学习要点和重点： 1、迈克尔逊干涉仪原理， 2、利用迈克尔逊干涉原理测量气体折射率的方法。 学习难点： 1、 光路的调整， 2、 干涉条纹变化数目的读取。 迈克尔逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间上是分开的，在其中一支光路上放进被研究对象不会影响另一支光路。本实验利用迈克尔逊原理测量空气折射率。 一、 实验目的与要求 1、 学习一种测量气体折射率的方法； 2、 进一步了解光的干涉现象及其形成条件； 3、 学习调整光路的方法。 二、 实验仪器 He-Ne 激光器、反射镜2个、分束镜、扩束镜、气室、打气球、气压表、毛玻璃等。 三、 实验原理 迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。其中，G 为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。 M 1、M 2为互相垂直的平面反射镜，M 1、M 2镜面与分束镜G 均成450角；M 1可以移动，M 2固定。2M '表示M 2对G 金属膜的虚像。 从光源S 发出的一束光，在分束镜G 的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G 反射出后投向M 1镜，反射回来再穿过G ；光束2投向M 2镜，经M 2镜反射回来再通过G 膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。 由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M 1、M 2镜时，两束光的光程差δ为 M 2M 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图

)(22211L n L n -=δ （1） 式中，1n 和2n 分别是路程1L 、2L 上介质的折射率。 设单色光在真空中的波长为λ，当 ,3 ,2 ,1 ,0 ,==K K λδ （2） 时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。由式（1）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。 当1L 支路上介质折射率改变1n ?时，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为N 。由（1）式和（2）式可知 1 12L N n λ = ? （3） 例如：取nm 0.633=λ和mm L 1001=，若条纹变化10=N ，则可以测得0003.0=?n 。可见，测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数N ，就能测出光路中折射率的微小变化。 正常状态（Pa P C t 501001325.1,15?==）下，空气对在真空中波长为nm 0.633的光的折射率 00027652.1=n ，它与真空折射率之差为410765.2)1(-?=-n 。用一般方法不易测出这个折射率差， 而用干涉法能很方便地测量，且准确度高。 四、 实验内容及步骤 （一）实验装置 实验装置如图2所示。用He-Ne 激光作光源（He-Ne 激光的真空波长为nm 0.633=λ），并附加小孔光栏H 及扩束镜T 。扩束镜T 可以使激光束扩束。小孔光栏H 是为调节光束使之垂直入射在M 1、M 2镜上时用的。另外，为了测量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室，其长度为L 。气压表用来测量气室内气压。在O 处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。 （二）测量方法 图2 测量空气折射率实验装置示意图 气压表

激光平面干涉仪说明书讲解

一、用途 激光平面干涉仪是一种使用方便的光学精密计量仪器，主要用于精密测量光学平面度。仪器配有激光光源（波长为632.8nm）。对于干涉条纹可目视、测量读数。工作时对防震要求一般。该仪器可应用与光学车间、实验室、计量室。 如需配购相关的必要附件，可精密测量光学平面的微小楔角、光学材料折射率n的均匀性，光学镀膜面或金属块规表面的平面度，90度棱镜的直角误差及角锥棱镜单角和综合误差。 二、主要数据 1. 第一标准平面（A面）,不镀膜。工作直径：D1=φ146mm 不平度小于0.02um 2.第二标准平面（B面），不镀膜。工作直径：D2=φ140mm 不平度小于0.03um 3.准直系统：孔径F/2.8，工作直径：D0=φ146mm 焦距：f=400mm 4.测微目镜：焦距f=16.7mm，放大倍数β=15X，视场角2W=40°， 成像物镜：1.D=4.5 II.D=7 III.D=10 F=15 f=23 f=37 5.工作波长：632.8nm 6.干涉室尺寸：深260X宽300X190mm。 7.光源规格：激光ZN18（He-Ne）。 8.仪器的外形尺寸：长X宽X高 350X400X720mm

9.仪器重量：100公斤 图一第一标准平面（A面）精度照片 图二第二标准平面（B面） 三、工作原理 本仪器工作基于双光束等厚干涉原理。

根据近代光学的研究结果，光兼有波动与颗粒两重特性。光的干涉现象是光的波动性的特性。因此，介绍本节内容时，仅在光的波动性的范围内讨论，例如，把“光”称为“光波”，“平行光”称为“平面光”。 波长为的单色光经过仪器有关的光学系统后成为平面波M。（如图三所示），经仪器的标准平面P1和被检系统P2反射为平面波M1和 M2。M1、M2即为两相干光波，重叠后即产生等厚干涉条纹。 等厚干涉原理 能够产生干涉的光束，叫相干光。相干光必须满足三个条件：1.震动方向必须一致，2.频率相等：3.光束必须相遇，且在相遇点处的相位差在整个时间内为一常量。如图三（3）基准面P1，被测面为P2.当平行光束是S-S射到基准面P1上时，其中一部分反射为S′-S′， 另一部分折射为B-F，进入基准面和被测面之间的空气层内，经被测零件的上表面P1反射之后，沿方向S′-S′射出。 两束光在C点处相遇，其光程差为：

用迈克尔逊干涉仪测量激光波长

用迈克尔逊干涉仪测量激光波长 〔引课：〕 在大学物理中我们学习了光的薄膜干涉，知道薄膜干涉现象分为两种： 在物理课上，我们只是从理论上研究了薄膜干涉的原理，那么在实验课上我们通过什么方法获得等倾或等厚干涉的图像呢？ ***************************** 迈克尔逊干涉仪 ***************************** ***注意*** 本实验只利用迈克尔逊干涉仪测量等倾干涉图像 〔正课：〕 实验目的与要求 迈克尔逊干涉仪的构造 迈克尔逊干涉仪的原理 迈克尔逊干涉仪的使用 实验原理 1.迈克尔逊干涉仪的构造 等厚干涉等倾干涉

2.迈克尔逊干涉仪的原理 (1) 光路图 图30—2 迈克尔逊干涉仪光路图 光源S发出的光到达分光板 1 G后，被分成振幅（强度）几乎相等的反射光（1）和透射光（2）。光束（1）向着 1 M前进，光束（2）经过 2 G后向着 2 M前进，这两束光分别在 1 M和2 M上反射后逆着各自的入射方向返回，最后到达光屏E。由于这两束光是来自同一光源S的同一束光，因此他们是两列相干光束，在E 处必有干涉图样形成。

(2) 光程差的计算 1M 和2M ˊ平行时（1M ⊥ 2M ），将观察屏垂直置于S 1和S 2ˊ连线处，就可以观察到等倾干涉圆环条纹。由于1M 和2M ˊ之间 为空气，折射率n =1，故光程差 θδcos 2d =。 并且有： θδcos 2d == ?? ? ? ?----+--------暗条纹明条纹λλ)2/1(k k （ k=0、1、2…） 对光程差δ作进一步的分析： 图30—4 非定域等倾干涉

迈克尔逊干涉仪的调整与应用实验要点

实验要点 实验前请认真阅读本要点： （1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。 测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。 注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。 仿真实验位于： 桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验v2.0（第二部分），其中 大学物理仿真实验v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版v2.0（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。 （2）实验内容 1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。 2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规范记录实验数据及已知参数等。 3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。 4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。 （3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。

（4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。（一些问题详见附录4 疑难解答） 测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。 测量固体试件的线膨胀系数的同学还要掌握如何正确进行控温（详见38的实验内容1）。 （5）测波长的同学（后十位同学）需每冒出（或缩进）50环，读一次 M镜 1 的位置，至少连续测8组，将数据填入表格，并观察其实验现象。 测线膨胀系数的同学（前十位同学）可以采用按升高（降低）一定的温度（例如2℃）测量试件伸长量的方法(采用逐差法)进行测量，要求连续测量8组；也可以采用按试件一定的伸长量（例如由20个干涉环变化算出的光程差），测出所需升高（降低）温度的方法进行测量，要求连续测量8组。 注：测波长或测线膨胀系数只需做其中之一，但两个实验都需要掌握；请注意数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)）。 （6）将所测量数据输入相应的数据处理文件（位于F盘，共有迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)三个文件），不要关闭文件，让老师检查数据是否合格。 （7）数据合格后重新用新报告纸按要求记录所测数据（并记录其标准值或参考值，详见附录1 数据记录要求），将原始数据与仪器使用登记本一并让老师签字，并了解如何处理所测数据（详见附录 2 数据处理要求）及逐差法相关知识（附录3 逐差法处理实验数据）； （8）在预习报告后根据实际实验加上实验内容、实验步骤； （9）重新对仪器进行调节，熟悉调节要点，并观察相应的实验现象，掌握迈克尔逊干涉仪及线膨胀系数测定仪的调节与使用； （10）掌握迈克尔逊干涉仪仿真实验的使用，并利用其进行复习及进行实验，