等傾干涉實驗裝置圖

Ⅰ 邁克爾遜的實驗意義和在實際生活中的應用

在物理學史上，邁克爾遜曾用自己發明的光學干涉儀器進行實驗，精確地測量微小長度，否定了「以太」的存在，這個著名的實驗為近代物理學的誕生和興起開辟了道路，1907年獲諾貝爾獎。邁克爾遜干涉儀原理簡明，構思巧妙，堪稱精密光學儀器的典範。隨著對儀器的不斷改進，還能用於光譜線精細結構的研究和利用光波標定標准米尺等實驗。目前，根據邁克爾遜干涉儀的基本原理，研製的各種精密儀器已廣泛地應用於生產、生活和科技領域。實驗目的1．了解邁克爾遜干涉儀的結構和干涉花樣的形成原理。2．學會邁克爾遜干涉儀的調整和使用方法。3．觀察等傾干涉條紋，測量激光的波長。4．觀察等厚干涉條紋，測量鈉光的雙線波長差。實驗儀器邁克爾遜干涉儀（），激光器，鈉光燈，毛玻璃屏，擴束鏡。邁克爾遜干涉儀的介紹1．邁克爾遜干涉儀的主體結構型邁克爾遜干涉儀的主體結構如圖5—12—1所示，由下面六個部分組成（1）底座底座由生鐵鑄成，較重，確保證了儀器的穩定性。由三個調平螺絲9支撐，調平後可以擰緊鎖緊圈10以保持座架穩定。（2）導軌導軌7由兩根平行的長約280毫米的框架和精密絲桿6組成，被固定在底座上，精密絲桿穿過框架正中，絲桿螺距為1毫米，如圖5—12—1所示。（3）拖板部分拖板是一塊平板，反面做成與導軌吻合的凹槽，裝在導軌上，下方是精密螺母，絲桿穿過螺母，當絲桿旋轉時，拖板能前後移動，帶動固定在其上的移動鏡11（即M1）在導軌面上滑動，實現粗動。M1是一塊很精密的平面鏡，表面鍍有金屬膜，具有較高的反射率，垂直地固定在拖板上，它的法線嚴格地與絲桿平行。傾角可分別用鏡背後面的三顆滾花螺絲13來調節，各螺絲的調節范圍是有限度的，如果螺絲向後頂得過松在移動時，可能因震動而使鏡面有傾角變化，如果螺絲向前頂得太緊，致使條紋不規則，嚴重時，有可能將螺絲絲口打滑或平面鏡破損。（4）定鏡部分定鏡M2與M1是相同的一塊平面鏡，固定在導軌框架右側的支架上。通過調節其上的水平拉簧螺釘15使M2在水平方向轉過一微小的角度，能夠使干涉條紋在水平方向微動；通過調節其上的垂直拉簧螺釘16使M2在垂直方向轉過一微小的角度，能夠使干涉條紋上下微動；與三顆滾花螺絲13相比，15、16改變M2的鏡面方位小得多。定鏡部分還包括分光板P1和補償板P2，前面原理部分已介紹。（5）讀數系統和傳動部分1）移動鏡11（即M1）的移動距離毫米數可在機體側面的毫米刻尺5上直接讀得。2）粗調手輪2旋轉一周，拖板移動1毫米,即M2移動1毫米，同時，讀數窗口3內的鼓輪也轉動一周，鼓輪的一圈被等分為100格，每格為10-2毫米，讀數由窗口上的基準線指示。3）微調手輪1每轉過一周，拖板移動0.01毫米，可從讀數窗口3中可看到讀數鼓輪移動一格，而微調鼓輪的周線被等分為100格，則每格表示為10-4毫米。所以，最後讀數應為上述三者之和。（6）附件支架桿17是用來放置像屏18用的，由加緊螺絲12固定。2．邁克爾遜干涉儀的調整（1）按圖5—12－3所示安裝激光器和邁克爾遜干涉儀。打開 激光器的電源開關，光強度旋扭調至中間，使激光束水平地射向干涉儀的分光板P1。（2）調整激光光束對分光板P1的水平方向入射角為45度。如果激光束對分光板P1在水平方向的入射角為45度，那麼正好以45度的反射角向動鏡M1垂直入射，原路返回，這個像斑重新進入激光器的發射孔。調整時，先用一張紙片將定鏡M2遮住，以免M2反射回來的像干擾視線，然後調整激光器或干涉儀的位置，使激光器發出的光束經P1折射和M1反射後，原路返回到激光出射口，這已表明激光束對分光板P1的水平方向入射角為45度。（3）調整定臂光路將紙片從M2上拿下，遮住M1的鏡面。發現從定鏡M2反射到激光發射孔附近的光斑有四個，其中光強最強的那個光斑就是要調整的光斑。為了將此光斑調進發射孔內，應先調節M2背面的3個螺釘，改變M2的反射角度。微小改變M2的反射角度再調節水平拉簧螺釘15和垂直拉簧螺釘16，使M2轉過一微小的角度。特別注意，在未調M2之前，這兩個細調螺釘必須旋放在中間位置。（4）拿掉M1上的紙片後，要看到兩個臂上的反射光斑都應進入激光器的發射孔，且在毛玻璃屏上的兩組光斑完全重合，若無此現象，應按上述步驟反復調整。（5）用擴束鏡使激光束產生面光源，按上述步驟反復調節，直到毛玻璃屏上出現清晰的等傾干涉條紋。實驗原理1．用邁克爾遜干涉儀測量激光波長邁克爾遜干涉儀的工作原理如圖5—12—3所示，M1、M2為兩垂直放置的平面反射鏡，分別固定在兩個垂直的臂上。P1、P2平行放置，與M2固定在同一臂上，且與M1和M2的夾角均為45度。M1由精密絲桿控制，可以沿臂軸前後移動。P1的第二面上塗有半透明、半反射膜，能夠將入射光分成振幅幾乎相等的反射光、透射光，所以P1稱為分光板（又稱為分光鏡）。光經M1反射後由原路返回再次穿過分光板P1後成為光，到達觀察點E處；光到達M2後被M2反射後按原路返回，在P1的第二面上形成光，也被返回到觀察點處。由於光在到達E 處之前穿過P1三次，而光在到達E處之前穿過P1一次，為了補償、兩光的光程差，便在M2所在的臂上再放一個與P1的厚度、折射率嚴格相同的P2平面玻璃板，滿足了 、兩光在到達E 處時無光程差，所以稱P2為補償板。由於、光均來自同一光源S ，在到達P1後被分成、兩光，所以兩光是相干光。總上所述，光線是在分光板P1的第二面反射得到的，這樣使M2在M1的附近（上部或下部）形成一個平行於M1的虛像M2＇，因而，在邁克爾遜干涉儀中，自M1 、M2的反射相當於自M1、M2＇的反射。也就是，在邁克爾遜干涉儀中產生的干涉相當於厚度為的空氣薄膜所產生的干涉，可以等效為距離為2d的兩個虛光源S1和S2＇發出的相干光束。即M1和M2＇反射的兩束光程差為 （5―12―1）兩束相干光明暗條件為 （k=1，2，3，…，） （5―12―2）（5―12―2）式中為反射光在平面反射鏡M1上的反射角，為激光的波長，為空氣薄膜的折射率，為薄膜厚度。凡相同的光線光程差相等，並且得到的干涉條紋隨M1和M2＇的距離而改變。當時光程差最大，在點處對應的干涉級數最高。由（5―12―2）式得 （5―12―3） （5―12―4）由（5―12―4）可得，當改變一個1/2時，就有一個條紋「湧出」或「陷入」，所以在實驗時只要數出「湧出」或「陷入」的條紋個數，讀出的改變數就可以計算出光波波長的值 （5―12―5）
從邁克爾遜干涉儀裝置中可以看出，發出的凡與M2的入射角均為的圓錐面上所有光線，經M1與M2＇的反射和透鏡的會聚於的焦平面上以光軸為對稱同一點處；從光源S2上發出的與S1中a平行的光束b，只要i角相同，它就與、的光程差相等，經透鏡L會聚在半徑為的同一個圓上，如圖5—12—4所示。2．用邁克爾遜干涉儀測量鈉光的雙線波長差由原理1可知，因光源的絕對單色（一定），經M1、M2＇反射及P1、P2透射後，得到一些因光程差相同的圓環，的改變僅是「湧出」或「陷入」的N在變化，其可見度V不變，即條紋清晰度不變。可見度為： （5―12―6）當用、兩相近的雙線光源照（如鈉光）射時，光程差為， （5―12―7）當改變時，光程差為， （5―12―8）（5―12―7）和（5―12―8）兩式對應相減得光程差變化量 （5―12―9） 由（5―12―9）式得於是，鈉光的雙線波長差為 （5―12―10）式中=()/2在視場中心處，當M1在相繼兩次視見度為0時，移過引起的光程差變化量為 則 （5―12―11）從（5―12―11）式可知，只要知道兩波長的平均值和M1鏡移動的距離，就可求出納光的雙線波長差。實驗內容1．測量激光的波長（1）邁克爾遜干涉儀的手輪操作和讀數練習1）按原理1中的圖5—12—3組裝、調節儀器。2）連續同一方向轉動微調手輪，仔細觀察屏上的干涉條紋「湧出」或「陷入」現象，先練習讀毫米標尺、讀數窗口和微調手輪上的讀數。掌握干涉條紋「湧出」或「陷入個數、速度與調節微調手輪的關系。（2）經上述調節後，讀出動鏡M1所在的相對位置，此為「0」位置，然後沿同一方向轉動微調手輪，仔細觀察屏上的干涉條紋「湧出」或「陷入」的個數。每隔100個條紋，記錄一次動鏡M1的位置。共記500條條紋，讀6個位置的讀數，填入自擬的表格中。（3）由（5―12―5）計算出激光的波長。取其平均值與公認值（632.8納米）比較，並計算其相對誤差。2．測量鈉光雙線波長差（1）以鈉光為光源，使之照射到毛玻璃屏上，使形成均勻的擴束光源以便於加強條紋的亮度。在毛玻璃屏與分光鏡P1之間放一叉線（或指針）。在E處沿EP1M1的方向進行觀察。如果儀器未調好，則在視場中將見到叉絲（或指針）的雙影。這時必須調節M1或M2鏡後的螺絲，以改變M1或M2鏡面的方位，直到雙影完全重合。一般地說，這時即可出現干涉條紋，再仔細、慢慢地調節M2鏡旁的微調彈簧，使條紋成圓形。（2）把圓形干涉條紋調好後，緩慢移動M1鏡，使視場中心的可見度最小，記下鏡M1的位置d1再沿原來方向移動M1鏡，直到可見度最小，記下M1鏡的位置d2，即得到：。（3）按上述步驟重復三次，求得，代入（5―12―11）式，計算出納光的雙線波長差，取為589.3納米。注意事項1．在調節和測量過程中，一定要非常細心和耐心，轉動手輪時要緩慢、均勻。2．為了防止引進螺距差，每項測量時必須沿同一方向轉動手輪，途中不能倒退。3．在用激光器測波長時，M1鏡的位置應保持在30—60毫米范圍內。4．為了測量讀數准確，使用干涉儀前必須對讀數系統進行校正

Ⅱ 如何利用定域干涉測量單色光波長，求實驗方案

實驗名稱】邁克來爾自遜干涉儀的調整與使用

【實驗目的】

1.了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結構，學習其調節方法；

2．調節非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉條紋，了解非定域干涉、等傾干涉、等厚干涉的形成條件及條紋特點；

3．利用白光干涉條紋測定薄膜厚度。

【實驗儀器】

邁克爾遜干涉儀（20040151），He-Ne激光器（20001162），擴束物鏡

【實驗原理】

1. 邁克爾遜干涉儀

圖1是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖

G1和G2是兩塊平行放置的平行平面玻璃板，它們的折射率和厚度都完全相同。G1的背面鍍有半反射膜，稱作分光板。G2稱作補償板。M1和M2是兩塊平面反射鏡，它們裝在與G1成45

Ⅲ 干涉的兩列波的干涉

兩束光發生干涉後，干涉條紋的光強分布與兩束光的光程差/相位差有關：當相位差為周期的整數倍時光強最大；當相位差為半周期的奇數倍時光強最小。從光強最大值和最小值的和差值可以定義干涉可見度作為干涉條紋清晰度的量度。
光作為電磁波，它的強度定義為在單位時間內，垂直於傳播方向上的單位面積內能量對時間的平均值，即玻印亭矢量對時間的平均值：
從而光強可以用這個量來表徵。對於單色光波場，電矢量可以寫為
這里是復振幅矢量，在笛卡爾直角坐標系下可以寫成分量的形式。
這里是在三個分量上的（實）振幅，對於平面波，即振幅在各個方向上是常數。是在三個分量上的相位，，是表徵偏振的常數。
要計算這個平面波的光強，則先計算電場強度的平方：
對於遠大於一個周期的時間間隔內，上式中前兩項的平均值都是零，因此光強為
對於兩列頻率相同的單色平面波、，如果它們在空間中某點發生重疊，則根據疊加原理，該點的電場強度是兩者的矢量和：
則在該點的光強為
其中、是兩列波各自獨立的光強，而是干涉項。 我們用、表示兩列波的復振幅，則干涉項中可以寫為
前兩項對時間取平均值仍然為零，從而干涉項對光強的貢獻為
根據前面復振幅的定義，、可以在笛卡爾坐標系下分解為
和
將分量形式代入上面干涉項的光強，可得
倘若在各個方向上，兩者的相位差都相同並且是定值，即
其中是單色光的波長，是兩列波到達空間中同一點的光程差。
此時干涉項對光強的貢獻為
光波是電矢量垂直於傳播方向的橫波，這里考慮一種簡單又不失一般性的情形：線偏振光，電矢量位於x軸上，傳播方向為z軸方向，則兩列波在其他方向上的振幅都為零：
代入總光強公式：
因此干涉後的光強是相位差的函數，當時有極大值；當時有極小值。
特別地，當兩列波光強相同即時，上面公式可化簡為 ，此時對應的極大值為，極小值為0。 顯然，對於不同的干涉情形，產生的極大值和極小值差異是不同的。由此可以定義條紋的可見度作為條紋清晰度的量度： ，即可見度的范圍為0到1之間。 雖然以上的討論是基於兩列波都是線偏振光的假設，但對於非偏振光也成立，這是由於自然光可以看作是兩個互相垂直的線偏振光的疊加。 楊氏雙縫
主條目：雙縫實驗
楊氏雙縫實驗是最早被提出的光的干涉演示實驗（托馬斯·楊，1801年），這一實驗的重要意義在於它是對光的波動說的有力支持，由於實驗觀測到的干涉條紋是牛頓所代表的光的微粒說無法解釋的現象，雙縫實驗使大多數的物理學家從此逐漸接受了光的波動理論。楊氏雙縫的實驗設置如右圖所示，從一個點光源出射的單色波傳播到一面有兩條狹縫的屏上，兩條狹縫到點光源的距離相等，並且兩條狹縫間的距離很小。由於點光源到這兩條狹縫的距離相等，這兩條狹縫就成為了同相位的次級單色點光源，從它們出射的相干光發生干涉，可以在遠距離的屏上得到干涉條紋。
如果兩條狹縫之間的距離為，狹縫到觀察屏的垂直距離為，則根據幾何關系，在觀察屏上以對稱中心點為原點，坐標為處兩束相干光的光程分別為
當狹縫到觀察屏的垂直距離遠大於時，這兩條光路長度的差值可以近似在圖上表示為：從狹縫1向光程2作垂線所構成的直角三角形中，角所對的直角邊。而根據幾何近似，這段差值為
如果實驗在真空或空氣中進行，則認為介質折射率等於1，從而有光程差，相位差。
根據前文結論，當相位差等於時光強有極大值，從而當時有極大值；當相位差等於時光強有極小值，從而當時有極小值。從而楊氏雙縫干涉會形成等間距的明暗交替條紋，間隔為。
不同狹縫間距情形下的雙縫干涉的明暗相間條紋，左起第一和第三張圖對應的狹縫間距a = 0.250mm，第二和第四張圖對應的狹縫間距a = 0.500mm。照片中所看到的中央亮紋要比兩邊的亮條紋明亮，則是因為狹縫的衍射效應。
若在雙縫干涉中增加狹縫在兩條狹縫連線上的線寬，以至於狹縫無法看作是一個點光源，此時形成的擴展光源可以看作是多個連續分布的點光源的集合。這些點光源由於彼此位置不同，在屏上同一點將導致不同的相位差，將有可能導致各個點光源干涉的極大值和極小值點重合，這就導致了條紋可見度的下降。
菲涅耳雙面鏡[編輯]
菲涅耳雙面鏡干涉的幾何示意圖
菲涅耳雙面鏡（Fresnel double mirror）是一種可以直接產生兩個相干光源的儀器。菲涅耳雙面鏡是兩個長度相同的平面鏡M1、M2的組合，兩個平面鏡的擺放相對位置成一個很小的傾角α。當光波從點光源S的位置入射到兩個鏡面發生各自的反射後，分別形成了兩個虛像S1和S2。由於它們是同一光源的虛像，因此是相干光源，左圖中藍色陰影的部分即為兩束光的干涉區域。
從圖中可見菲涅耳雙面鏡干涉的幾何關系與楊氏雙縫相同，因此只要求得兩個虛像間的距離d就可以推知干涉條紋的位置。如果設光源S到兩個平面鏡交點A的距離為b，根據鏡面對稱可知兩個相干光源到鏡面交點的距離也等於b，即，
而虛光路S1A、S2A和平分線（圖中水平的點劃線）的夾角都等於平面鏡傾角α，從而有。
這個距離等效於楊氏雙縫中兩條狹縫的間距，代入上文中公式即可得到干涉條紋的位置。光波入射到兩個鏡面時各自都會發生的反射相變，從而不會影響兩者最終的相位差，因此菲涅耳雙面鏡干涉條紋的形狀與楊氏雙縫完全相同，都是等間距的明暗相間條紋，中間為零級亮紋。
菲涅耳雙棱鏡[編輯]
菲涅耳雙棱鏡干涉的幾何示意圖
菲涅耳雙棱鏡（Fresnel double prism）是一種類似於菲涅耳雙面鏡的形成相干光源的儀器，它由兩塊相同的薄三棱鏡底面相合而構成，三棱鏡的折射角很小，並且兩者的折射棱互相平行。當位於對稱軸上的點光源S發出光時，入射光在兩塊棱鏡的作用下部分向上折射，部分向下折射，從而形成兩個對稱的虛像，這兩個虛像即為兩個相干光源。
如果三棱鏡的頂角為α，折射率為n，則當α很小時光線因折射的偏折角度。
如果點光源S到三棱鏡的距離為a，則根據幾何關系可知兩個相干光源間的距離為
以下關於條紋間距的計算和楊氏雙縫相同。
洛埃鏡[編輯]
洛埃鏡（Lloyd mirror）是一種更簡單的波前分割干涉儀器，本質為一塊平置的平面鏡M。點光源S位於離平面鏡M較遠且相當接近平面鏡所在平面的地方，因此入射光傾角非常小。點光源S和它在平面鏡所成虛像S'形成了一對相干光源。根據圖中幾何關系，若點光源S到鏡平面的距離為d，則兩個相干光源間的距離為2d。由於兩條相干光路中其中一條經過了鏡面反射，因此只有一束相干光發生了的反射相變，出於這個原因干涉條紋的正中為零級暗紋。
邁克耳孫測星干涉儀[編輯]
主條目：邁克耳孫測星干涉儀
邁克耳孫測星干涉儀的基本光路圖
邁克耳孫測星干涉儀（Michelson stellar interferometer）是利用干涉條紋的可見度隨擴展光源的線度增加而下降的原理（參見下文空間相乾性一節）來測量恆星角直徑的干涉儀。其基本光路如右圖所示，它的概念首先由美國物理學家阿爾伯特·邁克耳孫和法國物理學家阿曼德·斐索在1890年提出，並由邁克耳孫和美國天文學家弗朗西斯·皮斯於1920年在威爾遜山天文台首次用干涉儀對恆星的角直徑進行了測量。邁克耳孫測星干涉儀的長度約為6米，架設在口徑為2.5米的胡克望遠鏡之上。其中兩面平面鏡M1、M2的最大間距為6.1米，並且是可調的；而平面鏡M3、M4的位置是固定的，等於1.14米。當有星光入射到干涉儀上時，兩組平面鏡所構成的光路是等光程的，從而會形成等間距的干涉直條紋，而條紋間距為
架設在胡克望遠鏡上的邁克耳孫測星干涉儀，現保存於美國自然歷史博物館
這里是望遠鏡的焦距，是平面鏡M3和M4之間的距離。而平面鏡M1和M2之間的距離相當於擴展光源的線度，當M1和M2靠得很近時干涉條紋的可見度接近於1，隨著兩者間距增加可見度會逐漸下降為零。如果認為恆星是一個角直徑為，光強均勻分布的圓形光源，其可見度由下面公式給出
其中，是貝塞爾函數。隨著逐漸增加平面鏡M1和M2之間的距離，當滿足下面關系時，可見度首次降為零：
邁克耳孫測星干涉儀首次成功測量的恆星是參宿四，測得其角直徑為0.047弧度秒，根據它到太陽的距離（約600光年）就可得到它的直徑約為4.1×10千米，是太陽直徑的300倍。事實上，這一台邁克耳孫測星干涉儀所能測量的都是直徑在太陽直徑數百倍的巨星，因為測量體積更小的恆星要求更大的M1和M2之間的距離，架設一台如此龐大的干涉儀對當時的技術而言相當困難。 等傾干涉
如右圖所示，一個單色點光源S所發射的電磁波入射到一塊透明的平行平面板上。在平行平面板的上表面發生反射和折射，而折射光其後又被下表面反射，反射光再被上表面折射到原先介質中。這條折射光必然會與另一條直接被上表面反射的反射光重合於空間中某一點，由於它們都是同一波源發出的電磁波的一部分，因此是相干光，這時會形成非定域的干涉條紋。若光源為擴展光源，一般而言干涉條紋的可見度會下降，但若考慮兩條反射光平行的情形，即重合點在無限遠處，此時會形成定域的等傾干涉條紋。根據幾何關系，兩束光的光程差可以表示為
其中是平行平面板的折射率，是周圍介質的折射率。具體長度可以表示為
其中是平行平面板的厚度，是入射角，是折射角，兩者滿足折射定律。
這樣得到的光程差為，對應的相位差為，另外考慮到發生於上表面或下表面的反射相變，相位差應為
根據干涉相長和相消的條件，當，m是整數時有亮條紋，而當m是半整數時有暗條紋。
由此，每一條條紋都對應一個特定的折射角/入射角，從而被稱作等傾干涉。如果觀測方向垂直於平行平面板，則可以觀察到一組同心圓的干涉條紋。 此外，從平行平面板下表面透射的兩束平行光也會形成等傾干涉，但由於不存在反射相變，相位差不需要添加項，從而導致透射光的干涉條紋的明暗位置與反射光完全相反。
等厚干涉
若等傾干涉中的平行平面板兩個表面不是嚴格平行的，如右圖所示，則對於單色點光源S的出射光，其上下表面的反射光總會在空間中某一點P上形成干涉，並且其干涉條紋是非定域的。此時這兩束光的光程差可以寫為
類似地，是周圍介質的折射率，是平行平面板的折射率。 一般來說這個計算相當困難，但在平行平面板足夠薄，且兩面夾角足夠小的情形下（例如薄膜），光程差可近似得出為
其中是薄膜在反射點C的厚度，是在該點的反射角。從而對應的相位差。
若光源為擴展光源，則會使干涉光在點P的相位差范圍擴大，從而導致條紋可見度下降，但例外情形是點P位於薄膜表面：此時對從擴展光源各點出射的干涉光而言厚度都是相同的，當變化范圍很小時，干涉條件可寫為
當m為整數時有干涉極大，m為半整數時有干涉極小。其中是對擴展光源各點取平均得到的的平均值，而項的存在是考慮到反射相變。 如果是常數，則條紋是薄膜中厚度為常數的點的連線，這被稱作等厚條紋。等厚干涉經常被用來檢測光學表面的厚度是否均勻，對正入射的情形，，則干涉極小條件為
等厚干涉的一個例子是劈尖干涉，即光線垂直入射到劈形的薄膜上，若劈尖的折射率為，則根據前面結論干涉條件為
其中m為整數時是亮條紋，m為半整數時是暗條紋，條紋是一組平行於劈尖棱邊的平行線，並且棱邊上是零級暗紋。相鄰明條紋對應的厚度差因而為。
進一步可得出條紋間距，其中是劈角，即劈尖干涉的條紋等間距。
等厚干涉的另一個著名例子是牛頓環。如右圖所示，它是將一個曲率半徑很大的透鏡的凸表面置於一個玻璃平面上，並由平行光垂直入射而形成的干涉條紋。此時凸透鏡和玻璃平面間的間隙形成了空氣（折射率近似為1）為介質的劈尖，從而干涉條件為 ，其中m為整數時是亮條紋，m為半整數時是暗條紋。其干涉條紋是一組同心圓，並且中心為零級暗紋。 設透鏡的曲率半徑為，則條紋半徑與劈尖厚度滿足關系
從而可以得到干涉條紋的半徑為，其中m為整數時是暗條紋，m為半整數時是亮條紋。由此可知牛頓環從中心向外條紋的間隔越來越密。
邁克耳孫干涉儀
主條目：邁克耳孫干涉儀
邁克耳孫干涉儀是典型的振幅分割干涉儀，它通過將一束入射光分為兩束後，兩束相干光各自被對應的平面鏡反射回來從而發生振幅分割干涉。兩束干涉光的光程差可以通過調節干涉臂長度以及改變介質的折射率來實現，從而能夠形成不同的干涉圖樣。邁克耳孫干涉儀的著名應用是美國物理學家邁克耳孫和愛德華·莫雷使用它在1887年進行了著名的邁克耳孫－莫雷實驗，得到了以太風測量的零結果。除此之外，邁克耳孫還用它首次系統研究了光譜線的精細結構。
右圖是邁克耳孫干涉儀的基本構造：從光源到光檢測器之間存在有兩條光路：一束光被分束器（例如一面半透半反鏡）反射後入射到上方的平面鏡後反射回分束器，之後透射過分束器被光檢測器接收；另一束光透射過分束器後入射到右側的平面鏡，之後反射回分束器後再次被反射到光檢測器上。通過調節平面鏡的前後位置，可以對兩束光的光程差進行調節。值得注意的是，被分束器反射的那一束光前後共三次通過分束器，而透射的那一束光只通過一次。對於單色光而言只需調節平面鏡的位置即可消除這個光程差；但對於復色光而言，在分束器介質內不同波長的色光會發生色散，從而需要在透射光的光路中放置一塊材料和厚度與分束器完全相同的玻璃板，稱作補償板，如此可消除這個影響。
當兩面平面鏡嚴格垂直時，單色光源會形成同心圓的等傾干涉條紋，並且條紋定域在無窮遠處。如果調節其中一個平面鏡使兩束光的光程差逐漸減少，則條紋會向中心亮紋收縮，直到兩者光程差為零而干涉條紋消失。若兩個平面鏡不嚴格垂直且光程差很小時，光源會形成定域的等厚干涉條紋，其為等價於劈尖干涉的等距直條紋。
1905年至1930年間，人們又使用邁克耳孫干涉儀重復進行了多次邁克耳孫－莫雷實驗，結果均不超過以太風存在情形下條紋移動量的10%。1979年，人們用激光進行了迄今為止最為精確的邁克耳孫－莫雷實驗，實驗所用的氦－氖激光頻率被鎖定到一個絕熱穩定的法布里－珀羅干涉儀上，結果顯示激光頻率因以太風而可能存在的偏移不會超過其所預測的5×10。
馬赫－曾德爾干涉儀
邁克耳孫干涉儀中，分束器也被用來使兩束相干光重新會合發生干涉，而倘若採用一塊獨立的半透半反鏡來使兩束光重新會合，則可構造成馬赫－曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder interferometer）。它是由德國物理學家路德維希·馬赫（恩斯特·馬赫之子）和路德維希·曾德爾於十九世紀末設計的，其基本光路如左圖所示：光源位於透鏡的焦平面上，從透鏡出射的平行光入射到第一面半透半反鏡上分為兩束，各自經一面平面鏡反射後在完全相同的第二面半透半反鏡重新會合，之後在兩個方向上的光檢測器都能發生干涉。通常，干涉儀中四個反射面需要被盡量設置為嚴格平行，並且四個反射點構成一個平行四邊形以保證準直。由此，兩列干涉臂的長度差異高度影響著兩個方向上的光檢測器所接收到的干涉信號，任何一個微小的光程差變化都會導致入射光能量的重新分配。當兩列干涉臂的光程完全相等，並考慮光波在半透半反鏡和平面鏡上反射產生的多次半波損失，則可知此時兩列相干光在光檢測器1的光路上有相長干涉，所有入射光的能量都將進入光檢測器1；而在光檢測器2的光路上有相消干涉，沒有入射光能量進入光檢測器2。
在實際操作中，若其中一塊半透半反鏡和平面鏡之間稍有傾斜，則會形成類似邁克耳孫干涉儀的劈尖干涉，即得到定域的平行等距直條紋。
通過測量光程差改變引起的光檢測器所接收到的光強變化，馬赫－曾德爾干涉儀經常用於測量可壓縮氣流中折射率的變化。即對於兩條相干光路，其中一條作為參考光路，另一條置於待測氣流中作為測試光路，從而可測得氣流的折射率改變，進一步即可得到待測氣流的密度改變。 主條目：相乾性
在邁克耳孫干涉儀或馬赫－曾德爾干涉儀這樣的振幅分割干涉裝置中，雖然兩束光來自同一光源，但在實驗中會發現如果一味增加兩束光的光程差，會導致干涉條紋的可見度下降直至條紋消失；而在楊氏雙縫干涉中，如果逐漸擴展兩條狹縫在彼此連線上的線度，也會導致干涉條紋可見度的下降並最終消失。這種干涉條紋最終消失的現象是由於相乾性，前者是由於實際的光波並非嚴格的無限長單色波列，它具有有限的相干長度（時間相乾性）；後者是由於擴展光源造成了空間中不同點之間彼此的相乾性下降（空間相乾性）。例如在邁克耳孫干涉儀中，一列有限長度的入射波進入干涉儀後被分成長度相等的兩列波，如果幹涉儀兩臂的光程差大於這兩列波的長度，則對於這一入射波而言它產生的兩列分波無法發生干涉，即兩列波沒有相乾性。從而在任意時刻，到達空間中某一點的所有波列都來自不同的入射波的疊加，而這些入射波本身具有隨機的相位和振幅漲落，在可觀測時間內它們的疊加不產生干涉。
時間相乾性
隨著時間 的變化，在時間 內，一個相位顯著飄移的波的振幅（紅色），與延遲了時間 的振幅（綠色）。在任何設定時間 ，紅色波會與延遲的綠色復制波互相干涉。可是由於一半的時間，紅色波與綠色波同相位，另外一半時間，兩個波異相位，所以，對於這個延遲，隨著時間平均的干涉等於零。
時間相乾性是光波單色性的一種反映，如果光波的單色性越好則它具有越好的時間相乾性。也就是說，對於一列光波，將它延遲一段時間後再將其與自身延遲後的版本發生干涉，如果延遲的這段時間即使很大，而它仍然能與自身發生干涉，則稱這列波或對應的波源有很好的時間相乾性。對於嚴格的無限長單色波，無論延遲多久它仍然能與自身發生干涉；而對於實際的有限長波列超過一段特定時間之後則無法發生干涉，這段時間被稱作相干時間，它也就是這列光波的持續時間。根據定義，描述時間相乾性的方法即為自相關函數。
設有限長波列，其持續時間為，即當時。對這個波列做傅里葉變換，可得它的頻譜為
這個積分的結果是一個歸一化的Sinc函數，而頻譜的模平方（功率譜）對應著光強。從函數可知光強的第一個零值對應著。
從而得到這列有限長波列的頻率范圍，即波列的頻率范圍近似為波列持續時間的倒數。事實上，實際的光波滿足關系。由此可知激光的線寬也是時間相乾性的反映，激光的線寬越窄則說明這束激光的時間相乾性越高。
從相干時間可以進一步定義相干長度，是波長的范圍。對於兩列光波的光程差接近或大於它們的相干長度時，干涉效應將難以發生。
空間相乾性
空間相乾性是電磁波傳播過程中在空間中兩點的電場相關程度的反映，即它是一種互相關函數。如果一束電磁波在空間中傳播的同一波陣面上不同點的相位彼此間高度相關，則認為這束電磁波有很強的空間相乾性。例如，在一束激光的橫截面上，向不同方向振盪的電場在相位變化上是高度一致的，即使這束激光的線寬很寬從而不具有很好的時間相乾性。空間相乾性是激光能夠保持高度方向性的關鍵因素。
根據傅立葉光學，波源光強在二維平面上的分布的傅立葉變換，即是干涉條紋的可見度函數。從而對於線度為的擴展光源，其可見度是一個Sinc函數，因而在距離為的波陣面上，具有空間相乾性的范圍近似可表為
這個距離被稱為相干間隔，由此可定義相干孔徑角，也就是說在這個范圍的光場內，波陣面上任意兩點具有空間相乾性。
由於楊氏雙縫實驗中條紋的可見度和狹縫在彼此連線上的擴展線度有很大關系，利用這個方法可以測量一些小光源的角幅度，這也正是邁克耳孫測星干涉儀的原理。

Ⅳ 麥克爾遜的實驗是怎麼做的

邁克爾遜干涉儀是美國物理學家邁克爾遜和莫雷為進行「以太漂移實驗」於 1883年創制的。在光的電磁理論與愛因斯坦相對論形成之前，大多數物理學家相信光波在一種稱為「以太」的物質中傳播，這種物質充滿整個宇宙空間。邁克爾遜和莫雷試圖用邁克爾遜干涉儀測量出地球相對於以太的運動。他們預計這種相對運動會導致將儀器旋轉90 0 後能觀察到4/10個條紋的移動，實際觀察到的結果是少於1/100。這個結果令邁克爾遜感到十分失望，但他們因此卻創制了一個精密度達四億份之一米的測長儀器並運用這套儀器轉向長度的測量工作。1907年，邁克爾遜由於在「精密光學儀器和用這些儀器進行光譜學的基本量度」的研究工作而榮獲諾貝爾物理學獎金。 直到愛因斯坦於 1905年提出了相對論，指出光速不變，即真空中光波相對於所有慣性參考系的速度都是相同的值 C 。假想的以太概念被徹底的拋棄。邁克爾遜-莫雷所得的否定結果給相對論以很大的實驗支持。它因此被稱作歷史上最有意義的「否定結果」實驗（ 「 negative-result 」 experiment ）。 【實驗目的】 1．了解邁克爾遜干涉儀的構造原理，初步掌握調節方法。 2．觀察等傾干涉現象，測 He — Ne 激光的波長。 3. 學習法布里—珀羅干涉裝置的調節和使用。 【實驗儀器】 邁克爾遜干涉儀， He — Ne 多束光纖激光器 (圖 1 邁克爾遜干涉儀） （圖 2 光纖激光） （圖 3 鏡片 ） 【注意事項】 1. 邁克爾遜干涉是精密儀器，實驗者應細心操作。儀器上各鏡面嚴禁用手或它物觸摸；調整、測量中勿碰工作台； 2. 應單向旋轉粗、微調鼓輪，不得中途倒轉出現空程而造成誤差。 【思考題】 1. 什麼是定域條紋？什麼是非定域條紋？兩者用的光源與觀察儀器有何不同？ 2. 請設計一個實驗用邁克爾遜干涉儀測量固體透明薄膜的折射率或厚度。 【應用提示】 1．本實驗中測量了氦氖激光器的波長，下面僅就激光器再做一簡單介紹。 也稱為 「光激射器」。利用受激輻射原理使光在某些受激發的工作物質中放大或發射的器件。用電學、光學及其他方法對工作物質進行激勵，使其中一部分粒子激發到能量較高的狀態中去，當這種狀態的粒子數大於能量較低狀態的粒子數時，由於受激輻射作用，該工作物質就能對某一定波長的光輻射產生放大作用，也就是當這種波長的光輻射通過工作物質時，就會射出強度被放大而又與入射光波位相一致、頻率一致、方向一致的光輻射，這種情況便稱為光放大。 激光器一般由三個部分組成： (1)能實現粒子數反轉的工作物質。例如氦氖激光器中，通過氦原子的協助，使氖原子的兩個能級實現粒子數反轉；(2)光泵：通過強光照射工作物質而實現粒子數反轉的方法稱為光泵法。例如紅寶石激光器，是利用大功率的閃光燈照射紅寶石（工作物質）而實現粒子數反轉。造成了產生激光的條件；(3)光學共振腔：最簡單的光學共振腔是由放置在氦氖激光器兩端的兩個相互平行的反射鏡組成。當一些氖原子在實現了粒子數反轉的兩能級間發生躍遷，輻射出平行於激光器方向的光子時，這些光子將在兩反射鏡之間來回反射，於是就不斷地引起受激輻射，很快地就產生出相當強的激光。這兩個互相平行的反射鏡，一個反射率接近100%，即完全反射。另一個反射率約為98%，激光就是從後一個反射鏡射出的。 激光器的種類很多，如氦氖激光器、二氧化碳激光器，紅寶石激光器、釔鋁石榴石激光器，砷化鎵激光器，染料激光器，氟化氫激光器和氬離子激光器、半導體激光器等， 發射的激光波長有 325nm、405nm、457nm、635nm、650nm、680nm、808nm、850nm、980nm、1310nm及1550nm等。常用的激光器如圖10和圖11所示。 2．實驗中利用邁克爾遜干涉測量了 氦氖激光器的波長。其中的基本干涉光路也在許多測量中得到廣泛應用。在這里兩個反射鏡完全垂直，得到的是等傾干涉；若兩個反射鏡沒有完全垂直，則可得到等厚干涉，可以用來測量介質的折射率、厚度等。

希望採納

Ⅳ 邁克耳遜干涉儀的分束板應使反射光和透射光的光強比接近1：1這是為什麼

反射光和透射光要形成干涉條紋,如果2者強度不等,在干涉條紋的暗紋處,就不能完全相互抵消,不利觀察.

Ⅵ 急求邁克爾遜干涉儀原理

邁克爾遜干涉儀的結構和工作原理：

G2是一面鍍上半透半反膜，M1、M2為平面反射鏡，M1是固定的，M2和精密絲相連，使其可前後移動，最小讀數為10-4mm，可估計到10-5mm,M1和M2後各有幾個小螺絲可調節其方位。

當M2和M1』嚴格平行時，M2移動,表現為等傾干涉的圓環形條紋不斷從中心「吐出」或向中心「消失」。兩平面鏡之間的「空氣間隙」距離增大時，中心就會「吐出」一個個條紋；

反之則「吞進」一個個條紋。M2和M1』不嚴格平行時，則表現為等厚干涉條紋，M2移動時，條紋不斷移過視場中某一標記位置，M2平移距離d與條紋移動數N的關系滿足。

拓展資料

干涉儀

根據光的干涉原理製成的一種儀器。將來自一個光源的兩個光束完全分並，各自經過不同的光程，然後再經過合並，可顯出干涉條紋。在光譜學中，應用精確的邁克爾遜干涉儀或法布里-珀羅干涉儀，可以准確而詳細地測定譜線的波長及其精細結構。

Ⅶ 邁克爾遜莫雷實驗的接收裝置求大神幫助

就是一個觀察屏。 追問： 你的意思是雙孔干涉？ 回答： 不是，麥氏干涉其實就是空氣薄層的干涉，在觀察側，放置一個帶有刻線的 毛玻璃 屏就可以了。不是雙孔干涉，是等傾干涉。 追問： 那麼在觀察 干涉條紋 時應邊轉動邊觀察還是觀察一次後再換個角度觀察 回答： 先定 位，再觀察！ 追問： 謝謝，但我想知道，假如要看到條紋移動（我是強調假如），需要邊連續轉動邊觀察嗎？還是只要跟 地球自轉 方向有速度分量就有條紋移動？

Ⅷ 邁克爾遜干涉儀

很努力的在找。。。
給個滿意吧。。 邁克爾遜干涉儀,是1883年美國物理學家邁克爾遜和莫雷合作，為研究「以太」漂移而設計製造出來的精密光學儀器。它是利用分振幅法產生雙光束以實現干涉。通過調整該干涉儀，可以產生等厚干涉條紋，也可以產生等傾干涉條紋。主要用於長度和折射率的測量，若觀察到干涉條紋移動一條，便是M2的動臂移動量為λ/2，等效於M1與M2之間的空氣膜厚度改變λ/2。在近代物理和近代計量技術中，如在光譜線精細結構的研究和用光波標定標准米尺等實驗中都有著重要的應用。利用該儀器的原理，研製出多種專用干涉儀。
。。。。。。。。。。。。。。。。。我就是傳說中的分界線。。。。。。。。。。。。。。。。。在一台標準的邁克耳孫干涉儀中從光源到光檢測器之間存在有兩條光路：一束光被光學分束器（例如一面半透半反鏡）反射後入射到上方的平面鏡後反射回分束器，之後透射過分束器被光檢測器接收；另一束光透射過分束器後入射到右側的平面鏡，之後反射回分束器後再次被反射到光檢測器上。注意到兩束光在干涉過程中穿過分束器的次數是不同的，從右側平面鏡反射的那束光只穿過一次分束器，而從上方平面鏡反射的那束光要經過三次，這會導致兩者光程差的變化。對於單色光的干涉而言這無所謂，因為這種差異可以通過調節干涉臂長度來補償；但對於復色光而言由於在介質中不同色光存在色散，這往往需要在右側平面鏡的路徑上加一塊和分束器同樣材料和厚度的補償板，從而能夠消除由這個因素導致的光程差。
在干涉過程中，如果兩束光的光程差是光波長的整數倍（0，1，2……），在光檢測器上得到的是相長的干涉信號；如果光程差是半波長的奇數倍（0.5，1.5，2.5……），在光檢測器上得到的是相消的干涉信號。當兩面平面鏡嚴格垂直時為等傾干涉，其干涉光可以在屏幕上接收為圓環形的等傾條紋；而當兩面平面鏡不嚴格垂直時是等厚干涉，可以得到以等厚交線為中心對稱的直等厚條紋。在光波的干涉中能量被重新分布，相消干涉位置的光能量被轉移到相長干涉的位置，而總能量總保持守恆。
。。。。。。。。。。。。。。。。。。我依舊是分界線。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 這個主要是測量鈉雙線的波長差。
【實驗目的】
1.了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結構，學習其調節方法。
2．調節觀察干涉條紋，測量激光的波長。
3．測量鈉雙線的波長差。
4．練慣用逐差法處理實驗數據。
【實驗儀器】
邁克爾遜干涉儀，鈉燈，針孔屏，毛玻璃屏，多束光纖激光源（HNL
55700）。
【實驗原理】
1．邁克爾遜干涉儀
圖1是邁克爾遜干涉儀實物圖。圖2是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖，圖中M1和M2是在相互垂直的兩臂上放置的兩個平面反射鏡，其中M1是固定的；M2由精密絲桿控制，可沿臂軸前、後移動，移動的距離由刻度轉盤(由粗讀和細讀2組刻度盤組合而成)讀出。在兩臂軸線相交處，有一與兩軸成45°角的平行平面玻璃板G1，它的第二個平面上鍍有半透（半反射）的銀膜，以便將入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故G1又稱為分光板。G2也是平行平面玻璃板，與G1平行放置，厚度和折射率均與G1相同。由於它補償了光線⑴和⑵因穿越G1次數不同而產生的光程差，故稱為補償板。
從擴展光源S射來的光在G1處分成兩部分，反射光⑴經G1反射後向著M2前進，透射光⑵透過G1向著M1前進，這兩束光分別在M2、M1上反射後逆著各自的入射方向返回，最後都達到E處。因為這兩束光是相干光，因而在E處的觀察者就能夠看到干涉條紋。
由M1反射回來的光波在分光板G1的第二面上反射時，如同平面鏡反射一樣，使M1在M2附近形成M1的虛像M1′，因而光在邁克爾遜干涉儀中自M2和M1的反射相當於自M2和M1′的反射。由此可見，在邁克爾遜干涉儀中所產生的干涉與空氣薄膜所產生的干涉是等效的。
當M2和M1′平行時(此時M1和M2嚴格互相垂直)，將觀察到環形的等傾干涉條紋。一般情況下，M1和M2形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的干涉條紋(等厚干涉條紋)。
2．單色光波長的測定
用波長為λ的單色光照明時，邁克爾遜干涉儀所產生的環形等傾干涉圓條紋的位置取決於相干光束間的光程差，而由M2和M1反射的兩列相干光波的光程差為
Δ＝2dcos
i
(1)
其中i為反射光⑴在平面鏡M2上的入射角。對於第k條紋，則有
2dcos
ik＝kλ
(2)
當M2和M1′的間距d逐漸增大時，對任一級干涉條紋，例如k級，必定是以減少cosik的值來滿足式(2)的，故該干涉條紋間距向ik變大(cos
ik值變小)的方向移動，即向外擴展。這時，觀察者將看到條紋好像從中心向外「湧出」，且每當間距d增加λ/2時，就有一個條紋湧出。反之，當間距由大逐漸變小時，最靠近中心的條紋將一個一個地「陷入」中心，且每陷入一個條紋，間距的改變亦為λ/2。
因此，當M2鏡移動時，若有N個條紋陷入中心，則表明M2相對於M1移近了
Δd＝N
(3)
反之，若有N個條紋從中心湧出來時，則表明M2相對於M1移遠了同樣的距離。
如果精確地測出M2移動的距離Δd，則可由式(3)計算出入射光波的波長。
3．測量鈉光的雙線波長差Δλ
鈉光2條強譜線的波長分別為λ1＝589.0
nm和λ2＝589.6
nm，移動M2，當光程差滿足兩列光波⑴和⑵的光程差恰為λ1的整數倍，而同時又為λ2的半整數倍，即
Δk1λ1＝(k2＋)λ2
這時λ1光波生成亮環的地方，恰好是λ2光波生成暗環的地方。如果兩列光波的強度相等，則在此處干涉條紋的視見度應為零(即條紋消失)。那麼干涉場中相鄰的2次視見度為零時，光程差的變化應為
ΔL＝kλ1＝(k＋1)λ2
(k為一較大整數)
由此得
λ1－λ2＝＝
於是
Δλ=λ1－λ2＝＝
式中λ為λ1、λ2的平均波長。
對於視場中心來說，設M2鏡在相繼2次視見度為零時移動距離為Δd，則光程差的變化ΔL應等於2Δd，所以
Δλ＝
(4)
對鈉光＝589.3
nm，如果測出在相繼2次視見度最小時，M2鏡移動的距離Δd
,就可以由式(4)求得鈉光D雙線的波長差。
4.點光源的非定域干涉現象
激光器發出的光，經凸透鏡L後會聚S點。S點可看做一點光源，經G1(G1未畫)、M1、M2′的反射，也等效於沿軸向分布的2個虛光源S1′、S2′所產生的干涉。因S1′、S2′發出的球面波在相遇空間處處相干，所以觀察屏E放在不同位置上，則可看到不同形狀的干涉條紋，故稱為非定域干涉。當E垂直於軸線時(見圖3)，調整M1和M2的方位也可觀察到等傾、等厚干涉條紋，其干涉條紋的形成和特點與用鈉光照明情況相同，此處不再贅述。
【實驗內容與步驟】
1．觀察擴展光源的等傾干涉條紋並測波長
①點燃鈉光燈，使之與分光板G1等高並且位於沿分光板和M1鏡的中心線上，轉動粗調手輪，使M1鏡距分光板G1的中心與M1鏡距分光板G1的中心大致相等(拖板上的標志線在主尺32
cm
位置)。
②在光源與分光板G1之間插入針孔板，用眼睛透過G1直視M2鏡，可看到2組針孔像。細心調節M1鏡後面的
3
個調節螺釘，使
2
組針孔像重合，如果難以重合，可略微調節一下M2鏡後的3個螺釘。當2組針孔像完全重合時，就可去掉針孔板，換上毛玻璃，將看到有明暗相間的干涉圓環，若干涉環模糊，可輕輕轉動粗調手輪，使M2鏡移動一下位置，干涉環就會出現。
③再仔細調節M1鏡的2個拉簧螺絲，直到把干涉環中心調到視場中央，並且使干涉環中心隨觀察者的眼睛左右、上下移動而移動，但干涉環不發生「湧出」或「陷入」現象，這時觀察到的干涉條紋才是嚴格的等傾干涉。
④測鈉光D雙線的平均波長。先調儀器零點，方法是：將微調手輪沿某一方向(如順時針方向)旋至零，同時注意觀察讀數窗刻度輪旋轉方向；保持刻度輪旋向不變，轉動粗調手輪，讓讀數窗口基準線對准某一刻度，使讀數窗中的刻度輪與微調手輪的刻度輪相互配合。
⑤始終沿原調零方向，細心轉動微調手輪，觀察並記錄每「湧出」或「陷入」50個干涉環時，M1鏡位置，連續記錄6次。
⑥根據式(5-8)，用逐差法求出鈉光D雙線的平均波長，並與標准值進行比較。
2．觀察等厚干涉和白光干涉條紋
①在等傾干涉基礎上，移動M2鏡，使干涉環由細密變粗疏，直到整個視場條紋變成等軸雙曲線形狀時，說明M2與M1′接近重合。細心調節水平式垂直拉簧螺絲，使M2與M1′有一很小夾角，視場中便出現等厚干涉條紋，觀察和記錄條紋的形狀、特點。
②用白熾燈照明毛玻璃(鈉光燈不熄滅)，細心緩慢地旋轉微動手輪，M2與M1′達到「零程」時，在M2與M1′的交線附近就會出現彩色條紋。此時可擋住鈉光，再極小心地旋轉微調手輪找到中央條紋，記錄觀察到的條紋形狀和顏色分布。
3．測定鈉光D雙線的波長差
①以鈉光為光源調出等傾干涉條紋。
②移動M2鏡，使視場中心的視見度最小，記錄M2鏡的位置；沿原方向繼續移動M2鏡，使視場中心的視見度由最小到最大直至又為最小，再記錄M2鏡位置，連續測出6個視見度最小時M2鏡位置。
③用逐差法求Δd的平均值，計算D雙線的波長差。
4．點光源非定域干涉現象觀察
方法步驟自擬。
邁克爾遜干涉儀系精密光學儀器，使用時應注意防塵、防震；不能觸摸光學元件光學表面；不要對著儀器說話、咳嗽等；測量時動作要輕、要緩，盡量使身體部位離開實驗檯面，以防震動。

Ⅸ 誰能幫我設計一個大學物理創新實驗啊!~

2 研究型實驗及其開設要求
2.1 研究型實驗的基本內涵
通常「研究型」物理實驗是在綜合性、設計性物理實驗的基礎上由學生自己選題、查閱文獻、設計實驗方案，在教師指導下完成實驗。「研究型」實驗通常是要求學生帶著問題測取數據，摸索實驗規律，然後帶著問題查找資料、探尋答案，並試著對所觀察到的現象進行理論分析，並做出合理的解釋。這類實驗的開設目的是全方位地鍛煉學生實驗研究的能力，充分調動學生的主動性和積極性，激發他們從事物理學研究的興趣和熱情，為以後從事科研工作打下良好的基礎。
2.2 研究型實驗的選題
研究型實驗要精心選題、科學設計。實驗內容要新穎、有趣味性，物理現象比較明顯和具有可研究性。同時還要考慮實驗室條件和學生的水平與能力，能讓學生在比較熟悉的理論基礎上作初步的分析與發展。既要與已知的現象、理論和方法有聯系又要有一定的深度和廣度。作為基礎物理實驗，研究型實驗內容不能過於復雜，要求不宜過高，要能通過分析、討論和查閱資料等方式讓學生可以比較容易地設計和實施實驗方案。
2.3 如何開展研究型實驗的教學
與傳統物理實驗不同，研究型實驗可以較充分地發揮學生的主觀能動性去探索未知的領域。因此，開設此類實驗項目的最好方式是利用實驗室開放的形式，由學生自主選擇和掌握實驗時間。研究型實驗項目可以有教師指定和學生自擬等形式，但無論那種形式，對實驗指導教師都提出了更高的要求。指導教師要對學生所選的研究型實驗項目在實施過程中可能出現的各種問題有充分的估計和認識，能夠引導、啟發和激勵學生完成實驗，並掌握能作進一步深入研究的空間。
研究型實驗更注重實驗結果的分析、討論和總結。因此，學生完成研究型實驗後要求寫出的實驗報告可以不同於普通實驗的報告，可以寫成研究總結報告形式或研究論文形式，甚至可以採用學術報告的形式口頭報告研究結果。
3 利用邁克耳遜干涉儀進行研究型實驗項目的設計
邁克耳遜干涉儀是一種典型的利用分振幅方法實現干涉的光學儀器，作為近代精密測量光學儀器之一，被廣泛用於科學研究和檢測技術等領域[4]。利用邁克耳遜干涉儀，能以極高的精度測量長度的微小變化及其與此相關的物理量。如果與CCD攝像、圖象處理等現代監測技術結合，可以實時觀測和分析各種干涉現象的變化，達到干涉檢測和自動控制的目的[5,6]。因此，利用邁克耳遜干涉儀進行研究型實驗設計具有變化多、內容豐富、研究性突出等特點。這里我們以「利用邁克耳遜干涉儀測量氣體折射率」 為題，作為一個研究型實驗的案例，簡述其實驗設計與實施過程。
3.1 設計原理與實驗裝置
實驗時，可以向學生提供：邁克耳遜干涉儀、He-Ne激光器、帶氣壓表的「氣室」、CCD圖象採集系統等實驗器材，要求設計一個實驗方案並測定空氣等氣體的折射率。這里簡述實驗基本原理：
在傳統的邁克耳遜干涉儀的一個測量光路上放置一個可充氣的「氣室」，干涉圖的觀測採用CCD和計算機進行圖象採集與處理。如圖 1為利用邁克耳遜干涉儀測定氣體折射率的實驗光路圖。

圖 1 實驗光路圖
圖中P為「氣室」，它是由腔體、壓力表和皮囊等組成。通過皮囊可以給氣室中的氣體增加壓力，也可以通過皮囊的減壓閥放氣給氣室減壓，腔內氣壓可以通過壓力表讀出。圖中接收屏W處放置一CCD攝像頭，干涉圖像可以通過計算機進行顯示和處理。
當激光束通過圖1中M1前面的氣室時，干涉圖樣隨氣室里氣體氣壓的變化而變化：當氣壓增加時，干涉圓環從中心湧出；反之，干涉圓環向中心陷入。通過研究氣體壓強變化與條紋移動的關系可以得到氣體折射率。在恆定溫度下，氣體折射率n與氣壓成正比：
(1)
式中p為氣體壓強，k為比例系數。在絕對真空下 ，則 。對於常壓 條件下，則 ，當氣室內壓強改變 時，由於折射率的變化引起光程差改變（ ），可以觀測到條紋的移動個數N。各參數之間的關系為
(2)
式中L為氣室的有效長度，由上述各式可以推得常壓( )下空氣折射率為
(3)
3.2 實驗結果與分析
利用圖1的光路經仔細調節可以獲得等傾干涉圖象，圖2是經CCD和計算機系統採集到的干涉圖象。當改變氣室內的壓強時可以看到干涉圓環從中心湧出或向中心陷入。實驗中先向氣室充氣加壓，然後緩慢放氣並觀測干涉圓環向中心陷入的條紋數。
實驗中用He-Ne激光作為光源（ =632.8 nm），所用氣室的有效長度L=75 mm，如果常壓 取標准大氣壓強760 mmHg，則(3)式可以寫成：
(4)
表1給出了氣室內壓強增加值 與條紋移動數N和計算得到的折射率 之間的關系。

圖2 CCD和計算機系統採集到的干涉圖象
表1：氣室內壓強增加值 、條紋移動數N和計算得到的折射率 值
/mmHg 230 210 190 170 150 130 110
N/個 20.8 19.0 16.6 15.0 13.5 11.8 9.8

1.0002903 1.002904 1.0002805 1.0002832 1.0002889 1.0002914 1.0002860
對測量數據求平均值並計算不確定度，得到

數據處理的方法還可以用作圖軟體，作出 ～N的關系曲線，通過求斜率計算得到折射率 。空氣折射率的標准值是1.0002926（對 nm）[7]，測量誤差主要來自條紋移動非整數部分的估讀和氣壓表讀數誤差。另外，對氣室的有效長度L和實驗室的常壓 的測量也對實驗結果引入誤差。
3.3 實驗內容和難度的拓展
作為研究型實驗，邁克耳遜干涉儀可以提供豐富的設計思想。例如，採用上述方法將氣室與一充滿不同氣體的氣囊（如氧氣袋）相連，可以用於測量各種氣體的折射率；如果對CCD採集圖象進行計算機處理和編程可以實現條紋移動的自動記數；利用這一實驗系統可以仔細觀測、分析定域和非定域干涉現象[8]；如果採用面光源或擴束的平行光作為光源，在圖1光路中氣室P換成一個平板玻璃（或有機玻璃片、透明塑料片等），則可以檢測玻璃表面平整度或介質內部的不均勻性；如果對有機玻璃片或透明塑料片等施加一定的應力，用上述方法可以分析透明介質的應力分布。等等這些內容經過精心設計均可作為研究型實驗開設。值得一提的是根據綜合性、設計性實驗的不同要求，將上述研究型實驗進行適當的教學設計，完全可以開設成綜合性或設計性實驗。

Ⅹ 日常生活中常見的薄膜干涉有哪些

1、一個肥皂泡就是一個薄膜，但是它的表面厚度不均勻。而光是由紅色，綠色，和藍色光波組成的，不同的顏色就從表面上反射出來。

2、在陽光下洗衣服時，盆里的肥皂或洗衣粉泡上會出現各種彩色花紋，並且隨泡的大小變化，花紋的形狀和顏色也不斷的變化。

3、炎熱的夏天，雨過天晴，柏油路的積水面上浮著一層油膜會呈現出五顏六色。

4、用手把兩片無色透明的玻璃片捏在一起，陽光下也能看到彩色花紋。

(10)等傾干涉實驗裝置圖擴展閱讀

作用——

暗紋對應不同的傾角，這種干涉稱做等傾干涉，等傾干涉一般採用擴展光源，並通過透鏡觀察。

利用薄膜干涉還可以製造增透膜。在照相機、放映機的透鏡表面上塗上一層透明薄膜，能夠減少光的反射，增加光的透射，這種薄膜叫做增透膜。平常在照相機鏡頭上有一層反射呈藍紫色的膜就是增透膜。

同理如果增加光的反射成為增反膜，用於汽車玻璃貼膜等。可以用於檢測平面是否平整。