⑴ 邁克爾遜干涉儀
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。
參考：http://class.htu.cn/gx/kecheng/shiyan/14.htm