等倾干涉实验装置图

Ⅰ 迈克尔逊的实验意义和在实际生活中的应用

在物理学史上，迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验，精确地测量微小长度，否定了“以太”的存在，这个著名的实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路，1907年获诺贝尔奖。迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。目前，根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产、生活和科技领域。实验目的1．了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理。2．学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。3．观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。4．观察等厚干涉条纹，测量钠光的双线波长差。实验仪器迈克尔逊干涉仪（），激光器，钠光灯，毛玻璃屏，扩束镜。迈克尔逊干涉仪的介绍1．迈克尔逊干涉仪的主体结构型迈克尔逊干涉仪的主体结构如图5—12—1所示，由下面六个部分组成（1）底座底座由生铁铸成，较重，确保证了仪器的稳定性。由三个调平螺丝9支撑，调平后可以拧紧锁紧圈10以保持座架稳定。（2）导轨导轨7由两根平行的长约280毫米的框架和精密丝杆6组成，被固定在底座上，精密丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1毫米，如图5—12—1所示。（3）拖板部分拖板是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母，丝杆穿过螺母，当丝杆旋转时，拖板能前后移动，带动固定在其上的移动镜11（即M1）在导轨面上滑动，实现粗动。M1是一块很精密的平面镜，表面镀有金属膜，具有较高的反射率，垂直地固定在拖板上，它的法线严格地与丝杆平行。倾角可分别用镜背后面的三颗滚花螺丝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有倾角变化，如果螺丝向前顶得太紧，致使条纹不规则，严重时，有可能将螺丝丝口打滑或平面镜破损。（4）定镜部分定镜M2与M1是相同的一块平面镜，固定在导轨框架右侧的支架上。通过调节其上的水平拉簧螺钉15使M2在水平方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹在水平方向微动；通过调节其上的垂直拉簧螺钉16使M2在垂直方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹上下微动；与三颗滚花螺丝13相比，15、16改变M2的镜面方位小得多。定镜部分还包括分光板P1和补偿板P2，前面原理部分已介绍。（5）读数系统和传动部分1）移动镜11（即M1）的移动距离毫米数可在机体侧面的毫米刻尺5上直接读得。2）粗调手轮2旋转一周，拖板移动1毫米,即M2移动1毫米，同时，读数窗口3内的鼓轮也转动一周，鼓轮的一圈被等分为100格，每格为10-2毫米，读数由窗口上的基准线指示。3）微调手轮1每转过一周，拖板移动0.01毫米，可从读数窗口3中可看到读数鼓轮移动一格，而微调鼓轮的周线被等分为100格，则每格表示为10-4毫米。所以，最后读数应为上述三者之和。（6）附件支架杆17是用来放置像屏18用的，由加紧螺丝12固定。2．迈克尔逊干涉仪的调整（1）按图5—12－3所示安装激光器和迈克尔逊干涉仪。打开 激光器的电源开关，光强度旋扭调至中间，使激光束水平地射向干涉仪的分光板P1。（2）调整激光光束对分光板P1的水平方向入射角为45度。如果激光束对分光板P1在水平方向的入射角为45度，那么正好以45度的反射角向动镜M1垂直入射，原路返回，这个像斑重新进入激光器的发射孔。调整时，先用一张纸片将定镜M2遮住，以免M2反射回来的像干扰视线，然后调整激光器或干涉仪的位置，使激光器发出的光束经P1折射和M1反射后，原路返回到激光出射口，这已表明激光束对分光板P1的水平方向入射角为45度。（3）调整定臂光路将纸片从M2上拿下，遮住M1的镜面。发现从定镜M2反射到激光发射孔附近的光斑有四个，其中光强最强的那个光斑就是要调整的光斑。为了将此光斑调进发射孔内，应先调节M2背面的3个螺钉，改变M2的反射角度。微小改变M2的反射角度再调节水平拉簧螺钉15和垂直拉簧螺钉16，使M2转过一微小的角度。特别注意，在未调M2之前，这两个细调螺钉必须旋放在中间位置。（4）拿掉M1上的纸片后，要看到两个臂上的反射光斑都应进入激光器的发射孔，且在毛玻璃屏上的两组光斑完全重合，若无此现象，应按上述步骤反复调整。（5）用扩束镜使激光束产生面光源，按上述步骤反复调节，直到毛玻璃屏上出现清晰的等倾干涉条纹。实验原理1．用迈克尔逊干涉仪测量激光波长迈克尔逊干涉仪的工作原理如图5—12—3所示，M1、M2为两垂直放置的平面反射镜，分别固定在两个垂直的臂上。P1、P2平行放置，与M2固定在同一臂上，且与M1和M2的夹角均为45度。M1由精密丝杆控制，可以沿臂轴前后移动。P1的第二面上涂有半透明、半反射膜，能够将入射光分成振幅几乎相等的反射光、透射光，所以P1称为分光板（又称为分光镜）。光经M1反射后由原路返回再次穿过分光板P1后成为光，到达观察点E处；光到达M2后被M2反射后按原路返回，在P1的第二面上形成光，也被返回到观察点处。由于光在到达E 处之前穿过P1三次，而光在到达E处之前穿过P1一次，为了补偿、两光的光程差，便在M2所在的臂上再放一个与P1的厚度、折射率严格相同的P2平面玻璃板，满足了 、两光在到达E 处时无光程差，所以称P2为补偿板。由于、光均来自同一光源S ，在到达P1后被分成、两光，所以两光是相干光。总上所述，光线是在分光板P1的第二面反射得到的，这样使M2在M1的附近（上部或下部）形成一个平行于M1的虚像M2＇，因而，在迈克尔逊干涉仪中，自M1 、M2的反射相当于自M1、M2＇的反射。也就是，在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉相当于厚度为的空气薄膜所产生的干涉，可以等效为距离为2d的两个虚光源S1和S2＇发出的相干光束。即M1和M2＇反射的两束光程差为 （5―12―1）两束相干光明暗条件为 （k=1，2，3，…，） （5―12―2）（5―12―2）式中为反射光在平面反射镜M1上的反射角，为激光的波长，为空气薄膜的折射率，为薄膜厚度。凡相同的光线光程差相等，并且得到的干涉条纹随M1和M2＇的距离而改变。当时光程差最大，在点处对应的干涉级数最高。由（5―12―2）式得 （5―12―3） （5―12―4）由（5―12―4）可得，当改变一个1/2时，就有一个条纹“涌出”或“陷入”，所以在实验时只要数出“涌出”或“陷入”的条纹个数，读出的改变量就可以计算出光波波长的值 （5―12―5）
从迈克尔逊干涉仪装置中可以看出，发出的凡与M2的入射角均为的圆锥面上所有光线，经M1与M2＇的反射和透镜的会聚于的焦平面上以光轴为对称同一点处；从光源S2上发出的与S1中a平行的光束b，只要i角相同，它就与、的光程差相等，经透镜L会聚在半径为的同一个圆上，如图5—12—4所示。2．用迈克尔逊干涉仪测量钠光的双线波长差由原理1可知，因光源的绝对单色（一定），经M1、M2＇反射及P1、P2透射后，得到一些因光程差相同的圆环，的改变仅是“涌出”或“陷入”的N在变化，其可见度V不变，即条纹清晰度不变。可见度为： （5―12―6）当用、两相近的双线光源照（如钠光）射时，光程差为， （5―12―7）当改变时，光程差为， （5―12―8）（5―12―7）和（5―12―8）两式对应相减得光程差变化量 （5―12―9） 由（5―12―9）式得于是，钠光的双线波长差为 （5―12―10）式中=()/2在视场中心处，当M1在相继两次视见度为0时，移过引起的光程差变化量为 则 （5―12―11）从（5―12―11）式可知，只要知道两波长的平均值和M1镜移动的距离，就可求出纳光的双线波长差。实验内容1．测量激光的波长（1）迈克尔逊干涉仪的手轮操作和读数练习1）按原理1中的图5—12—3组装、调节仪器。2）连续同一方向转动微调手轮，仔细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”现象，先练习读毫米标尺、读数窗口和微调手轮上的读数。掌握干涉条纹“涌出”或“陷入个数、速度与调节微调手轮的关系。（2）经上述调节后，读出动镜M1所在的相对位置，此为“0”位置，然后沿同一方向转动微调手轮，仔细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”的个数。每隔100个条纹，记录一次动镜M1的位置。共记500条条纹，读6个位置的读数，填入自拟的表格中。（3）由（5―12―5）计算出激光的波长。取其平均值与公认值（632.8纳米）比较，并计算其相对误差。2．测量钠光双线波长差（1）以钠光为光源，使之照射到毛玻璃屏上，使形成均匀的扩束光源以便于加强条纹的亮度。在毛玻璃屏与分光镜P1之间放一叉线（或指针）。在E处沿EP1M1的方向进行观察。如果仪器未调好，则在视场中将见到叉丝（或指针）的双影。这时必须调节M1或M2镜后的螺丝，以改变M1或M2镜面的方位，直到双影完全重合。一般地说，这时即可出现干涉条纹，再仔细、慢慢地调节M2镜旁的微调弹簧，使条纹成圆形。（2）把圆形干涉条纹调好后，缓慢移动M1镜，使视场中心的可见度最小，记下镜M1的位置d1再沿原来方向移动M1镜，直到可见度最小，记下M1镜的位置d2，即得到：。（3）按上述步骤重复三次，求得，代入（5―12―11）式，计算出纳光的双线波长差，取为589.3纳米。注意事项1．在调节和测量过程中，一定要非常细心和耐心，转动手轮时要缓慢、均匀。2．为了防止引进螺距差，每项测量时必须沿同一方向转动手轮，途中不能倒退。3．在用激光器测波长时，M1镜的位置应保持在30—60毫米范围内。4．为了测量读数准确，使用干涉仪前必须对读数系统进行校正

Ⅱ 如何利用定域干涉测量单色光波长，求实验方案

实验名称】迈克来尔自逊干涉仪的调整与使用

【实验目的】

1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构，学习其调节方法；

2．调节非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉条纹，了解非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉的形成条件及条纹特点；

3．利用白光干涉条纹测定薄膜厚度。

【实验仪器】

迈克尔逊干涉仪（20040151），He-Ne激光器（20001162），扩束物镜

【实验原理】

1. 迈克尔逊干涉仪

图1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图

G1和G2是两块平行放置的平行平面玻璃板，它们的折射率和厚度都完全相同。G1的背面镀有半反射膜，称作分光板。G2称作补偿板。M1和M2是两块平面反射镜，它们装在与G1成45

Ⅲ 干涉的两列波的干涉

两束光发生干涉后，干涉条纹的光强分布与两束光的光程差/相位差有关：当相位差为周期的整数倍时光强最大；当相位差为半周期的奇数倍时光强最小。从光强最大值和最小值的和差值可以定义干涉可见度作为干涉条纹清晰度的量度。
光作为电磁波，它的强度定义为在单位时间内，垂直于传播方向上的单位面积内能量对时间的平均值，即玻印亭矢量对时间的平均值：
从而光强可以用这个量来表征。对于单色光波场，电矢量可以写为
这里是复振幅矢量，在笛卡尔直角坐标系下可以写成分量的形式。
这里是在三个分量上的（实）振幅，对于平面波，即振幅在各个方向上是常数。是在三个分量上的相位，，是表征偏振的常数。
要计算这个平面波的光强，则先计算电场强度的平方：
对于远大于一个周期的时间间隔内，上式中前两项的平均值都是零，因此光强为
对于两列频率相同的单色平面波、，如果它们在空间中某点发生重叠，则根据叠加原理，该点的电场强度是两者的矢量和：
则在该点的光强为
其中、是两列波各自独立的光强，而是干涉项。 我们用、表示两列波的复振幅，则干涉项中可以写为
前两项对时间取平均值仍然为零，从而干涉项对光强的贡献为
根据前面复振幅的定义，、可以在笛卡尔坐标系下分解为
和
将分量形式代入上面干涉项的光强，可得
倘若在各个方向上，两者的相位差都相同并且是定值，即
其中是单色光的波长，是两列波到达空间中同一点的光程差。
此时干涉项对光强的贡献为
光波是电矢量垂直于传播方向的横波，这里考虑一种简单又不失一般性的情形：线偏振光，电矢量位于x轴上，传播方向为z轴方向，则两列波在其他方向上的振幅都为零：
代入总光强公式：
因此干涉后的光强是相位差的函数，当时有极大值；当时有极小值。
特别地，当两列波光强相同即时，上面公式可化简为 ，此时对应的极大值为，极小值为0。 显然，对于不同的干涉情形，产生的极大值和极小值差异是不同的。由此可以定义条纹的可见度作为条纹清晰度的量度： ，即可见度的范围为0到1之间。 虽然以上的讨论是基于两列波都是线偏振光的假设，但对于非偏振光也成立，这是由于自然光可以看作是两个互相垂直的线偏振光的叠加。 杨氏双缝
主条目：双缝实验
杨氏双缝实验是最早被提出的光的干涉演示实验（托马斯·杨，1801年），这一实验的重要意义在于它是对光的波动说的有力支持，由于实验观测到的干涉条纹是牛顿所代表的光的微粒说无法解释的现象，双缝实验使大多数的物理学家从此逐渐接受了光的波动理论。杨氏双缝的实验设置如右图所示，从一个点光源出射的单色波传播到一面有两条狭缝的屏上，两条狭缝到点光源的距离相等，并且两条狭缝间的距离很小。由于点光源到这两条狭缝的距离相等，这两条狭缝就成为了同相位的次级单色点光源，从它们出射的相干光发生干涉，可以在远距离的屏上得到干涉条纹。
如果两条狭缝之间的距离为，狭缝到观察屏的垂直距离为，则根据几何关系，在观察屏上以对称中心点为原点，坐标为处两束相干光的光程分别为
当狭缝到观察屏的垂直距离远大于时，这两条光路长度的差值可以近似在图上表示为：从狭缝1向光程2作垂线所构成的直角三角形中，角所对的直角边。而根据几何近似，这段差值为
如果实验在真空或空气中进行，则认为介质折射率等于1，从而有光程差，相位差。
根据前文结论，当相位差等于时光强有极大值，从而当时有极大值；当相位差等于时光强有极小值，从而当时有极小值。从而杨氏双缝干涉会形成等间距的明暗交替条纹，间隔为。
不同狭缝间距情形下的双缝干涉的明暗相间条纹，左起第一和第三张图对应的狭缝间距a = 0.250mm，第二和第四张图对应的狭缝间距a = 0.500mm。照片中所看到的中央亮纹要比两边的亮条纹明亮，则是因为狭缝的衍射效应。
若在双缝干涉中增加狭缝在两条狭缝连线上的线宽，以至于狭缝无法看作是一个点光源，此时形成的扩展光源可以看作是多个连续分布的点光源的集合。这些点光源由于彼此位置不同，在屏上同一点将导致不同的相位差，将有可能导致各个点光源干涉的极大值和极小值点重合，这就导致了条纹可见度的下降。
菲涅耳双面镜[编辑]
菲涅耳双面镜干涉的几何示意图
菲涅耳双面镜（Fresnel double mirror）是一种可以直接产生两个相干光源的仪器。菲涅耳双面镜是两个长度相同的平面镜M1、M2的组合，两个平面镜的摆放相对位置成一个很小的倾角α。当光波从点光源S的位置入射到两个镜面发生各自的反射后，分别形成了两个虚像S1和S2。由于它们是同一光源的虚像，因此是相干光源，左图中蓝色阴影的部分即为两束光的干涉区域。
从图中可见菲涅耳双面镜干涉的几何关系与杨氏双缝相同，因此只要求得两个虚像间的距离d就可以推知干涉条纹的位置。如果设光源S到两个平面镜交点A的距离为b，根据镜面对称可知两个相干光源到镜面交点的距离也等于b，即，
而虚光路S1A、S2A和平分线（图中水平的点划线）的夹角都等于平面镜倾角α，从而有。
这个距离等效于杨氏双缝中两条狭缝的间距，代入上文中公式即可得到干涉条纹的位置。光波入射到两个镜面时各自都会发生的反射相变，从而不会影响两者最终的相位差，因此菲涅耳双面镜干涉条纹的形状与杨氏双缝完全相同，都是等间距的明暗相间条纹，中间为零级亮纹。
菲涅耳双棱镜[编辑]
菲涅耳双棱镜干涉的几何示意图
菲涅耳双棱镜（Fresnel double prism）是一种类似于菲涅耳双面镜的形成相干光源的仪器，它由两块相同的薄三棱镜底面相合而构成，三棱镜的折射角很小，并且两者的折射棱互相平行。当位于对称轴上的点光源S发出光时，入射光在两块棱镜的作用下部分向上折射，部分向下折射，从而形成两个对称的虚像，这两个虚像即为两个相干光源。
如果三棱镜的顶角为α，折射率为n，则当α很小时光线因折射的偏折角度。
如果点光源S到三棱镜的距离为a，则根据几何关系可知两个相干光源间的距离为
以下关于条纹间距的计算和杨氏双缝相同。
洛埃镜[编辑]
洛埃镜（Lloyd mirror）是一种更简单的波前分割干涉仪器，本质为一块平置的平面镜M。点光源S位于离平面镜M较远且相当接近平面镜所在平面的地方，因此入射光倾角非常小。点光源S和它在平面镜所成虚像S'形成了一对相干光源。根据图中几何关系，若点光源S到镜平面的距离为d，则两个相干光源间的距离为2d。由于两条相干光路中其中一条经过了镜面反射，因此只有一束相干光发生了的反射相变，出于这个原因干涉条纹的正中为零级暗纹。
迈克耳孙测星干涉仪[编辑]
主条目：迈克耳孙测星干涉仪
迈克耳孙测星干涉仪的基本光路图
迈克耳孙测星干涉仪（Michelson stellar interferometer）是利用干涉条纹的可见度随扩展光源的线度增加而下降的原理（参见下文空间相干性一节）来测量恒星角直径的干涉仪。其基本光路如右图所示，它的概念首先由美国物理学家阿尔伯特·迈克耳孙和法国物理学家阿曼德·斐索在1890年提出，并由迈克耳孙和美国天文学家弗朗西斯·皮斯于1920年在威尔逊山天文台首次用干涉仪对恒星的角直径进行了测量。迈克耳孙测星干涉仪的长度约为6米，架设在口径为2.5米的胡克望远镜之上。其中两面平面镜M1、M2的最大间距为6.1米，并且是可调的；而平面镜M3、M4的位置是固定的，等于1.14米。当有星光入射到干涉仪上时，两组平面镜所构成的光路是等光程的，从而会形成等间距的干涉直条纹，而条纹间距为
架设在胡克望远镜上的迈克耳孙测星干涉仪，现保存于美国自然历史博物馆
这里是望远镜的焦距，是平面镜M3和M4之间的距离。而平面镜M1和M2之间的距离相当于扩展光源的线度，当M1和M2靠得很近时干涉条纹的可见度接近于1，随着两者间距增加可见度会逐渐下降为零。如果认为恒星是一个角直径为，光强均匀分布的圆形光源，其可见度由下面公式给出
其中，是贝塞尔函数。随着逐渐增加平面镜M1和M2之间的距离，当满足下面关系时，可见度首次降为零：
迈克耳孙测星干涉仪首次成功测量的恒星是参宿四，测得其角直径为0.047弧度秒，根据它到太阳的距离（约600光年）就可得到它的直径约为4.1×10千米，是太阳直径的300倍。事实上，这一台迈克耳孙测星干涉仪所能测量的都是直径在太阳直径数百倍的巨星，因为测量体积更小的恒星要求更大的M1和M2之间的距离，架设一台如此庞大的干涉仪对当时的技术而言相当困难。 等倾干涉
如右图所示，一个单色点光源S所发射的电磁波入射到一块透明的平行平面板上。在平行平面板的上表面发生反射和折射，而折射光其后又被下表面反射，反射光再被上表面折射到原先介质中。这条折射光必然会与另一条直接被上表面反射的反射光重合于空间中某一点，由于它们都是同一波源发出的电磁波的一部分，因此是相干光，这时会形成非定域的干涉条纹。若光源为扩展光源，一般而言干涉条纹的可见度会下降，但若考虑两条反射光平行的情形，即重合点在无限远处，此时会形成定域的等倾干涉条纹。根据几何关系，两束光的光程差可以表示为
其中是平行平面板的折射率，是周围介质的折射率。具体长度可以表示为
其中是平行平面板的厚度，是入射角，是折射角，两者满足折射定律。
这样得到的光程差为，对应的相位差为，另外考虑到发生于上表面或下表面的反射相变，相位差应为
根据干涉相长和相消的条件，当，m是整数时有亮条纹，而当m是半整数时有暗条纹。
由此，每一条条纹都对应一个特定的折射角/入射角，从而被称作等倾干涉。如果观测方向垂直于平行平面板，则可以观察到一组同心圆的干涉条纹。 此外，从平行平面板下表面透射的两束平行光也会形成等倾干涉，但由于不存在反射相变，相位差不需要添加项，从而导致透射光的干涉条纹的明暗位置与反射光完全相反。
等厚干涉
若等倾干涉中的平行平面板两个表面不是严格平行的，如右图所示，则对于单色点光源S的出射光，其上下表面的反射光总会在空间中某一点P上形成干涉，并且其干涉条纹是非定域的。此时这两束光的光程差可以写为
类似地，是周围介质的折射率，是平行平面板的折射率。 一般来说这个计算相当困难，但在平行平面板足够薄，且两面夹角足够小的情形下（例如薄膜），光程差可近似得出为
其中是薄膜在反射点C的厚度，是在该点的反射角。从而对应的相位差。
若光源为扩展光源，则会使干涉光在点P的相位差范围扩大，从而导致条纹可见度下降，但例外情形是点P位于薄膜表面：此时对从扩展光源各点出射的干涉光而言厚度都是相同的，当变化范围很小时，干涉条件可写为
当m为整数时有干涉极大，m为半整数时有干涉极小。其中是对扩展光源各点取平均得到的的平均值，而项的存在是考虑到反射相变。 如果是常数，则条纹是薄膜中厚度为常数的点的连线，这被称作等厚条纹。等厚干涉经常被用来检测光学表面的厚度是否均匀，对正入射的情形，，则干涉极小条件为
等厚干涉的一个例子是劈尖干涉，即光线垂直入射到劈形的薄膜上，若劈尖的折射率为，则根据前面结论干涉条件为
其中m为整数时是亮条纹，m为半整数时是暗条纹，条纹是一组平行于劈尖棱边的平行线，并且棱边上是零级暗纹。相邻明条纹对应的厚度差因而为。
进一步可得出条纹间距，其中是劈角，即劈尖干涉的条纹等间距。
等厚干涉的另一个著名例子是牛顿环。如右图所示，它是将一个曲率半径很大的透镜的凸表面置于一个玻璃平面上，并由平行光垂直入射而形成的干涉条纹。此时凸透镜和玻璃平面间的间隙形成了空气（折射率近似为1）为介质的劈尖，从而干涉条件为 ，其中m为整数时是亮条纹，m为半整数时是暗条纹。其干涉条纹是一组同心圆，并且中心为零级暗纹。 设透镜的曲率半径为，则条纹半径与劈尖厚度满足关系
从而可以得到干涉条纹的半径为，其中m为整数时是暗条纹，m为半整数时是亮条纹。由此可知牛顿环从中心向外条纹的间隔越来越密。
迈克耳孙干涉仪
主条目：迈克耳孙干涉仪
迈克耳孙干涉仪是典型的振幅分割干涉仪，它通过将一束入射光分为两束后，两束相干光各自被对应的平面镜反射回来从而发生振幅分割干涉。两束干涉光的光程差可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。迈克耳孙干涉仪的著名应用是美国物理学家迈克耳孙和爱德华·莫雷使用它在1887年进行了著名的迈克耳孙－莫雷实验，得到了以太风测量的零结果。除此之外，迈克耳孙还用它首次系统研究了光谱线的精细结构。
右图是迈克耳孙干涉仪的基本构造：从光源到光检测器之间存在有两条光路：一束光被分束器（例如一面半透半反镜）反射后入射到上方的平面镜后反射回分束器，之后透射过分束器被光检测器接收；另一束光透射过分束器后入射到右侧的平面镜，之后反射回分束器后再次被反射到光检测器上。通过调节平面镜的前后位置，可以对两束光的光程差进行调节。值得注意的是，被分束器反射的那一束光前后共三次通过分束器，而透射的那一束光只通过一次。对于单色光而言只需调节平面镜的位置即可消除这个光程差；但对于复色光而言，在分束器介质内不同波长的色光会发生色散，从而需要在透射光的光路中放置一块材料和厚度与分束器完全相同的玻璃板，称作补偿板，如此可消除这个影响。
当两面平面镜严格垂直时，单色光源会形成同心圆的等倾干涉条纹，并且条纹定域在无穷远处。如果调节其中一个平面镜使两束光的光程差逐渐减少，则条纹会向中心亮纹收缩，直到两者光程差为零而干涉条纹消失。若两个平面镜不严格垂直且光程差很小时，光源会形成定域的等厚干涉条纹，其为等价于劈尖干涉的等距直条纹。
1905年至1930年间，人们又使用迈克耳孙干涉仪重复进行了多次迈克耳孙－莫雷实验，结果均不超过以太风存在情形下条纹移动量的10%。1979年，人们用激光进行了迄今为止最为精确的迈克耳孙－莫雷实验，实验所用的氦－氖激光频率被锁定到一个绝热稳定的法布里－珀罗干涉仪上，结果显示激光频率因以太风而可能存在的偏移不会超过其所预测的5×10。
马赫－曾德尔干涉仪
迈克耳孙干涉仪中，分束器也被用来使两束相干光重新会合发生干涉，而倘若采用一块独立的半透半反镜来使两束光重新会合，则可构造成马赫－曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder interferometer）。它是由德国物理学家路德维希·马赫（恩斯特·马赫之子）和路德维希·曾德尔于十九世纪末设计的，其基本光路如左图所示：光源位于透镜的焦平面上，从透镜出射的平行光入射到第一面半透半反镜上分为两束，各自经一面平面镜反射后在完全相同的第二面半透半反镜重新会合，之后在两个方向上的光检测器都能发生干涉。通常，干涉仪中四个反射面需要被尽量设置为严格平行，并且四个反射点构成一个平行四边形以保证准直。由此，两列干涉臂的长度差异高度影响着两个方向上的光检测器所接收到的干涉信号，任何一个微小的光程差变化都会导致入射光能量的重新分配。当两列干涉臂的光程完全相等，并考虑光波在半透半反镜和平面镜上反射产生的多次半波损失，则可知此时两列相干光在光检测器1的光路上有相长干涉，所有入射光的能量都将进入光检测器1；而在光检测器2的光路上有相消干涉，没有入射光能量进入光检测器2。
在实际操作中，若其中一块半透半反镜和平面镜之间稍有倾斜，则会形成类似迈克耳孙干涉仪的劈尖干涉，即得到定域的平行等距直条纹。
通过测量光程差改变引起的光检测器所接收到的光强变化，马赫－曾德尔干涉仪经常用于测量可压缩气流中折射率的变化。即对于两条相干光路，其中一条作为参考光路，另一条置于待测气流中作为测试光路，从而可测得气流的折射率改变，进一步即可得到待测气流的密度改变。 主条目：相干性
在迈克耳孙干涉仪或马赫－曾德尔干涉仪这样的振幅分割干涉装置中，虽然两束光来自同一光源，但在实验中会发现如果一味增加两束光的光程差，会导致干涉条纹的可见度下降直至条纹消失；而在杨氏双缝干涉中，如果逐渐扩展两条狭缝在彼此连线上的线度，也会导致干涉条纹可见度的下降并最终消失。这种干涉条纹最终消失的现象是由于相干性，前者是由于实际的光波并非严格的无限长单色波列，它具有有限的相干长度（时间相干性）；后者是由于扩展光源造成了空间中不同点之间彼此的相干性下降（空间相干性）。例如在迈克耳孙干涉仪中，一列有限长度的入射波进入干涉仪后被分成长度相等的两列波，如果干涉仪两臂的光程差大于这两列波的长度，则对于这一入射波而言它产生的两列分波无法发生干涉，即两列波没有相干性。从而在任意时刻，到达空间中某一点的所有波列都来自不同的入射波的叠加，而这些入射波本身具有随机的相位和振幅涨落，在可观测时间内它们的叠加不产生干涉。
时间相干性
随着时间 的变化，在时间 内，一个相位显著飘移的波的振幅（红色），与延迟了时间 的振幅（绿色）。在任何设定时间 ，红色波会与延迟的绿色复制波互相干涉。可是由于一半的时间，红色波与绿色波同相位，另外一半时间，两个波异相位，所以，对于这个延迟，随着时间平均的干涉等于零。
时间相干性是光波单色性的一种反映，如果光波的单色性越好则它具有越好的时间相干性。也就是说，对于一列光波，将它延迟一段时间后再将其与自身延迟后的版本发生干涉，如果延迟的这段时间即使很大，而它仍然能与自身发生干涉，则称这列波或对应的波源有很好的时间相干性。对于严格的无限长单色波，无论延迟多久它仍然能与自身发生干涉；而对于实际的有限长波列超过一段特定时间之后则无法发生干涉，这段时间被称作相干时间，它也就是这列光波的持续时间。根据定义，描述时间相干性的方法即为自相关函数。
设有限长波列，其持续时间为，即当时。对这个波列做傅里叶变换，可得它的频谱为
这个积分的结果是一个归一化的Sinc函数，而频谱的模平方（功率谱）对应着光强。从函数可知光强的第一个零值对应着。
从而得到这列有限长波列的频率范围，即波列的频率范围近似为波列持续时间的倒数。事实上，实际的光波满足关系。由此可知激光的线宽也是时间相干性的反映，激光的线宽越窄则说明这束激光的时间相干性越高。
从相干时间可以进一步定义相干长度，是波长的范围。对于两列光波的光程差接近或大于它们的相干长度时，干涉效应将难以发生。
空间相干性
空间相干性是电磁波传播过程中在空间中两点的电场相关程度的反映，即它是一种互相关函数。如果一束电磁波在空间中传播的同一波阵面上不同点的相位彼此间高度相关，则认为这束电磁波有很强的空间相干性。例如，在一束激光的横截面上，向不同方向振荡的电场在相位变化上是高度一致的，即使这束激光的线宽很宽从而不具有很好的时间相干性。空间相干性是激光能够保持高度方向性的关键因素。
根据傅立叶光学，波源光强在二维平面上的分布的傅立叶变换，即是干涉条纹的可见度函数。从而对于线度为的扩展光源，其可见度是一个Sinc函数，因而在距离为的波阵面上，具有空间相干性的范围近似可表为
这个距离被称为相干间隔，由此可定义相干孔径角，也就是说在这个范围的光场内，波阵面上任意两点具有空间相干性。
由于杨氏双缝实验中条纹的可见度和狭缝在彼此连线上的扩展线度有很大关系，利用这个方法可以测量一些小光源的角幅度，这也正是迈克耳孙测星干涉仪的原理。

Ⅳ 麦克尔逊的实验是怎么做的

迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊和莫雷为进行“以太漂移实验”于 1883年创制的。在光的电磁理论与爱因斯坦相对论形成之前，大多数物理学家相信光波在一种称为“以太”的物质中传播，这种物质充满整个宇宙空间。迈克尔逊和莫雷试图用迈克尔逊干涉仪测量出地球相对于以太的运动。他们预计这种相对运动会导致将仪器旋转90 0 后能观察到4/10个条纹的移动，实际观察到的结果是少于1/100。这个结果令迈克尔逊感到十分失望，但他们因此却创制了一个精密度达四亿份之一米的测长仪器并运用这套仪器转向长度的测量工作。1907年，迈克尔逊由于在“精密光学仪器和用这些仪器进行光谱学的基本量度”的研究工作而荣获诺贝尔物理学奖金。 直到爱因斯坦于 1905年提出了相对论，指出光速不变，即真空中光波相对于所有惯性参考系的速度都是相同的值 C 。假想的以太概念被彻底的抛弃。迈克尔逊-莫雷所得的否定结果给相对论以很大的实验支持。它因此被称作历史上最有意义的“否定结果”实验（ “ negative-result ” experiment ）。 【实验目的】 1．了解迈克尔逊干涉仪的构造原理，初步掌握调节方法。 2．观察等倾干涉现象，测 He — Ne 激光的波长。 3. 学习法布里—珀罗干涉装置的调节和使用。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪， He — Ne 多束光纤激光器 (图 1 迈克尔逊干涉仪） （图 2 光纤激光） （图 3 镜片 ） 【注意事项】 1. 迈克尔逊干涉是精密仪器，实验者应细心操作。仪器上各镜面严禁用手或它物触摸；调整、测量中勿碰工作台； 2. 应单向旋转粗、微调鼓轮，不得中途倒转出现空程而造成误差。 【思考题】 1. 什么是定域条纹？什么是非定域条纹？两者用的光源与观察仪器有何不同？ 2. 请设计一个实验用迈克尔逊干涉仪测量固体透明薄膜的折射率或厚度。 【应用提示】 1．本实验中测量了氦氖激光器的波长，下面仅就激光器再做一简单介绍。 也称为 “光激射器”。利用受激辐射原理使光在某些受激发的工作物质中放大或发射的器件。用电学、光学及其他方法对工作物质进行激励，使其中一部分粒子激发到能量较高的状态中去，当这种状态的粒子数大于能量较低状态的粒子数时，由于受激辐射作用，该工作物质就能对某一定波长的光辐射产生放大作用，也就是当这种波长的光辐射通过工作物质时，就会射出强度被放大而又与入射光波位相一致、频率一致、方向一致的光辐射，这种情况便称为光放大。 激光器一般由三个部分组成： (1)能实现粒子数反转的工作物质。例如氦氖激光器中，通过氦原子的协助，使氖原子的两个能级实现粒子数反转；(2)光泵：通过强光照射工作物质而实现粒子数反转的方法称为光泵法。例如红宝石激光器，是利用大功率的闪光灯照射红宝石（工作物质）而实现粒子数反转。造成了产生激光的条件；(3)光学共振腔：最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地就产生出相当强的激光。这两个互相平行的反射镜，一个反射率接近100%，即完全反射。另一个反射率约为98%，激光就是从后一个反射镜射出的。 激光器的种类很多，如氦氖激光器、二氧化碳激光器，红宝石激光器、钇铝石榴石激光器，砷化镓激光器，染料激光器，氟化氢激光器和氩离子激光器、半导体激光器等， 发射的激光波长有 325nm、405nm、457nm、635nm、650nm、680nm、808nm、850nm、980nm、1310nm及1550nm等。常用的激光器如图10和图11所示。 2．实验中利用迈克尔逊干涉测量了 氦氖激光器的波长。其中的基本干涉光路也在许多测量中得到广泛应用。在这里两个反射镜完全垂直，得到的是等倾干涉；若两个反射镜没有完全垂直，则可得到等厚干涉，可以用来测量介质的折射率、厚度等。

希望采纳

Ⅳ 迈克耳逊干涉仪的分束板应使反射光和透射光的光强比接近1：1这是为什么

反射光和透射光要形成干涉条纹,如果2者强度不等,在干涉条纹的暗纹处,就不能完全相互抵消,不利观察.

Ⅵ 急求迈克尔逊干涉仪原理

迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理：

G2是一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，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。

当M2和M1’严格平行时，M2移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“消失”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；

反之则“吞进”一个个条纹。M2和M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离d与条纹移动数N的关系满足。

拓展资料

干涉仪

根据光的干涉原理制成的一种仪器。将来自一个光源的两个光束完全分并，各自经过不同的光程，然后再经过合并，可显出干涉条纹。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。

Ⅶ 迈克尔逊莫雷实验的接收装置求大神帮助

就是一个观察屏。 追问： 你的意思是双孔干涉？ 回答： 不是，麦氏干涉其实就是空气薄层的干涉，在观察侧，放置一个带有刻线的 毛玻璃 屏就可以了。不是双孔干涉，是等倾干涉。 追问： 那么在观察 干涉条纹 时应边转动边观察还是观察一次后再换个角度观察 回答： 先定 位，再观察！ 追问： 谢谢，但我想知道，假如要看到条纹移动（我是强调假如），需要边连续转动边观察吗？还是只要跟 地球自转 方向有速度分量就有条纹移动？

Ⅷ 迈克尔逊干涉仪

很努力的在找。。。
给个满意吧。。 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，若观察到干涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。
。。。。。。。。。。。。。。。。。我就是传说中的分界线。。。。。。。。。。。。。。。。。在一台标准的迈克耳孙干涉仪中从光源到光检测器之间存在有两条光路：一束光被光学分束器（例如一面半透半反镜）反射后入射到上方的平面镜后反射回分束器，之后透射过分束器被光检测器接收；另一束光透射过分束器后入射到右侧的平面镜，之后反射回分束器后再次被反射到光检测器上。注意到两束光在干涉过程中穿过分束器的次数是不同的，从右侧平面镜反射的那束光只穿过一次分束器，而从上方平面镜反射的那束光要经过三次，这会导致两者光程差的变化。对于单色光的干涉而言这无所谓，因为这种差异可以通过调节干涉臂长度来补偿；但对于复色光而言由于在介质中不同色光存在色散，这往往需要在右侧平面镜的路径上加一块和分束器同样材料和厚度的补偿板，从而能够消除由这个因素导致的光程差。
在干涉过程中，如果两束光的光程差是光波长的整数倍（0，1，2……），在光检测器上得到的是相长的干涉信号；如果光程差是半波长的奇数倍（0.5，1.5，2.5……），在光检测器上得到的是相消的干涉信号。当两面平面镜严格垂直时为等倾干涉，其干涉光可以在屏幕上接收为圆环形的等倾条纹；而当两面平面镜不严格垂直时是等厚干涉，可以得到以等厚交线为中心对称的直等厚条纹。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转移到相长干涉的位置，而总能量总保持守恒。
。。。。。。。。。。。。。。。。。。我依旧是分界线。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 这个主要是测量钠双线的波长差。
【实验目的】
1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构，学习其调节方法。
2．调节观察干涉条纹，测量激光的波长。
3．测量钠双线的波长差。
4．练习用逐差法处理实验数据。
【实验仪器】
迈克尔逊干涉仪，钠灯，针孔屏，毛玻璃屏，多束光纤激光源（HNL
55700）。
【实验原理】
1．迈克尔逊干涉仪
图1是迈克尔逊干涉仪实物图。图2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图，图中M1和M2是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M1是固定的；M2由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。在两臂轴线相交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G1，它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜，以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故G1又称为分光板。G2也是平行平面玻璃板，与G1平行放置，厚度和折射率均与G1相同。由于它补偿了光线⑴和⑵因穿越G1次数不同而产生的光程差，故称为补偿板。
从扩展光源S射来的光在G1处分成两部分，反射光⑴经G1反射后向着M2前进，透射光⑵透过G1向着M1前进，这两束光分别在M2、M1上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E处。因为这两束光是相干光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。
由M1反射回来的光波在分光板G1的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M1在M2附近形成M1的虚像M1′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M2和M1的反射相当于自M2和M1′的反射。由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。
当M2和M1′平行时(此时M1和M2严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。一般情况下，M1和M2形成一空气劈尖，因此将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
用波长为λ的单色光照明时，迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M2和M1反射的两列相干光波的光程差为
Δ＝2dcos
i
(1)
其中i为反射光⑴在平面镜M2上的入射角。对于第k条纹，则有
2dcos
ik＝kλ
(2)
当M2和M1′的间距d逐渐增大时，对任一级干涉条纹，例如k级，必定是以减少cosik的值来满足式(2)的，故该干涉条纹间距向ik变大(cos
ik值变小)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λ/2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λ/2。
因此，当M2镜移动时，若有N个条纹陷入中心，则表明M2相对于M1移近了
Δd＝N
(3)
反之，若有N个条纹从中心涌出来时，则表明M2相对于M1移远了同样的距离。
如果精确地测出M2移动的距离Δd，则可由式(3)计算出入射光波的波长。
3．测量钠光的双线波长差Δλ
钠光2条强谱线的波长分别为λ1＝589.0
nm和λ2＝589.6
nm，移动M2，当光程差满足两列光波⑴和⑵的光程差恰为λ1的整数倍，而同时又为λ2的半整数倍，即
Δk1λ1＝(k2＋)λ2
这时λ1光波生成亮环的地方，恰好是λ2光波生成暗环的地方。如果两列光波的强度相等，则在此处干涉条纹的视见度应为零(即条纹消失)。那么干涉场中相邻的2次视见度为零时，光程差的变化应为
ΔL＝kλ1＝(k＋1)λ2
(k为一较大整数)
由此得
λ1－λ2＝＝
于是
Δλ=λ1－λ2＝＝
式中λ为λ1、λ2的平均波长。
对于视场中心来说，设M2镜在相继2次视见度为零时移动距离为Δd，则光程差的变化ΔL应等于2Δd，所以
Δλ＝
(4)
对钠光＝589.3
nm，如果测出在相继2次视见度最小时，M2镜移动的距离Δd
,就可以由式(4)求得钠光D双线的波长差。
4.点光源的非定域干涉现象
激光器发出的光，经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源，经G1(G1未画)、M1、M2′的反射，也等效于沿轴向分布的2个虚光源S1′、S2′所产生的干涉。因S1′、S2′发出的球面波在相遇空间处处相干，所以观察屏E放在不同位置上，则可看到不同形状的干涉条纹，故称为非定域干涉。当E垂直于轴线时(见图3)，调整M1和M2的方位也可观察到等倾、等厚干涉条纹，其干涉条纹的形成和特点与用钠光照明情况相同，此处不再赘述。
【实验内容与步骤】
1．观察扩展光源的等倾干涉条纹并测波长
①点燃钠光灯，使之与分光板G1等高并且位于沿分光板和M1镜的中心线上，转动粗调手轮，使M1镜距分光板G1的中心与M1镜距分光板G1的中心大致相等(拖板上的标志线在主尺32
cm
位置)。
②在光源与分光板G1之间插入针孔板，用眼睛透过G1直视M2镜，可看到2组针孔像。细心调节M1镜后面的
3
个调节螺钉，使
2
组针孔像重合，如果难以重合，可略微调节一下M2镜后的3个螺钉。当2组针孔像完全重合时，就可去掉针孔板，换上毛玻璃，将看到有明暗相间的干涉圆环，若干涉环模糊，可轻轻转动粗调手轮，使M2镜移动一下位置，干涉环就会出现。
③再仔细调节M1镜的2个拉簧螺丝，直到把干涉环中心调到视场中央，并且使干涉环中心随观察者的眼睛左右、上下移动而移动，但干涉环不发生“涌出”或“陷入”现象，这时观察到的干涉条纹才是严格的等倾干涉。
④测钠光D双线的平均波长。先调仪器零点，方法是：将微调手轮沿某一方向(如顺时针方向)旋至零，同时注意观察读数窗刻度轮旋转方向；保持刻度轮旋向不变，转动粗调手轮，让读数窗口基准线对准某一刻度，使读数窗中的刻度轮与微调手轮的刻度轮相互配合。
⑤始终沿原调零方向，细心转动微调手轮，观察并记录每“涌出”或“陷入”50个干涉环时，M1镜位置，连续记录6次。
⑥根据式(5-8)，用逐差法求出钠光D双线的平均波长，并与标准值进行比较。
2．观察等厚干涉和白光干涉条纹
①在等倾干涉基础上，移动M2镜，使干涉环由细密变粗疏，直到整个视场条纹变成等轴双曲线形状时，说明M2与M1′接近重合。细心调节水平式垂直拉簧螺丝，使M2与M1′有一很小夹角，视场中便出现等厚干涉条纹，观察和记录条纹的形状、特点。
②用白炽灯照明毛玻璃(钠光灯不熄灭)，细心缓慢地旋转微动手轮，M2与M1′达到“零程”时，在M2与M1′的交线附近就会出现彩色条纹。此时可挡住钠光，再极小心地旋转微调手轮找到中央条纹，记录观察到的条纹形状和颜色分布。
3．测定钠光D双线的波长差
①以钠光为光源调出等倾干涉条纹。
②移动M2镜，使视场中心的视见度最小，记录M2镜的位置；沿原方向继续移动M2镜，使视场中心的视见度由最小到最大直至又为最小，再记录M2镜位置，连续测出6个视见度最小时M2镜位置。
③用逐差法求Δd的平均值，计算D双线的波长差。
4．点光源非定域干涉现象观察
方法步骤自拟。
迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器，使用时应注意防尘、防震；不能触摸光学元件光学表面；不要对着仪器说话、咳嗽等；测量时动作要轻、要缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动。

Ⅸ 谁能帮我设计一个大学物理创新实验啊!~

2 研究型实验及其开设要求
2.1 研究型实验的基本内涵
通常“研究型”物理实验是在综合性、设计性物理实验的基础上由学生自己选题、查阅文献、设计实验方案，在教师指导下完成实验。“研究型”实验通常是要求学生带着问题测取数据，摸索实验规律，然后带着问题查找资料、探寻答案，并试着对所观察到的现象进行理论分析，并做出合理的解释。这类实验的开设目的是全方位地锻炼学生实验研究的能力，充分调动学生的主动性和积极性，激发他们从事物理学研究的兴趣和热情，为以后从事科研工作打下良好的基础。
2.2 研究型实验的选题
研究型实验要精心选题、科学设计。实验内容要新颖、有趣味性，物理现象比较明显和具有可研究性。同时还要考虑实验室条件和学生的水平与能力，能让学生在比较熟悉的理论基础上作初步的分析与发展。既要与已知的现象、理论和方法有联系又要有一定的深度和广度。作为基础物理实验，研究型实验内容不能过于复杂，要求不宜过高，要能通过分析、讨论和查阅资料等方式让学生可以比较容易地设计和实施实验方案。
2.3 如何开展研究型实验的教学
与传统物理实验不同，研究型实验可以较充分地发挥学生的主观能动性去探索未知的领域。因此，开设此类实验项目的最好方式是利用实验室开放的形式，由学生自主选择和掌握实验时间。研究型实验项目可以有教师指定和学生自拟等形式，但无论那种形式，对实验指导教师都提出了更高的要求。指导教师要对学生所选的研究型实验项目在实施过程中可能出现的各种问题有充分的估计和认识，能够引导、启发和激励学生完成实验，并掌握能作进一步深入研究的空间。
研究型实验更注重实验结果的分析、讨论和总结。因此，学生完成研究型实验后要求写出的实验报告可以不同于普通实验的报告，可以写成研究总结报告形式或研究论文形式，甚至可以采用学术报告的形式口头报告研究结果。
3 利用迈克耳逊干涉仪进行研究型实验项目的设计
迈克耳逊干涉仪是一种典型的利用分振幅方法实现干涉的光学仪器，作为近代精密测量光学仪器之一，被广泛用于科学研究和检测技术等领域[4]。利用迈克耳逊干涉仪，能以极高的精度测量长度的微小变化及其与此相关的物理量。如果与CCD摄像、图象处理等现代监测技术结合，可以实时观测和分析各种干涉现象的变化，达到干涉检测和自动控制的目的[5,6]。因此，利用迈克耳逊干涉仪进行研究型实验设计具有变化多、内容丰富、研究性突出等特点。这里我们以“利用迈克耳逊干涉仪测量气体折射率” 为题，作为一个研究型实验的案例，简述其实验设计与实施过程。
3.1 设计原理与实验装置
实验时，可以向学生提供：迈克耳逊干涉仪、He-Ne激光器、带气压表的“气室”、CCD图象采集系统等实验器材，要求设计一个实验方案并测定空气等气体的折射率。这里简述实验基本原理：
在传统的迈克耳逊干涉仪的一个测量光路上放置一个可充气的“气室”，干涉图的观测采用CCD和计算机进行图象采集与处理。如图 1为利用迈克耳逊干涉仪测定气体折射率的实验光路图。

图 1 实验光路图
图中P为“气室”，它是由腔体、压力表和皮囊等组成。通过皮囊可以给气室中的气体增加压力，也可以通过皮囊的减压阀放气给气室减压，腔内气压可以通过压力表读出。图中接收屏W处放置一CCD摄像头，干涉图像可以通过计算机进行显示和处理。
当激光束通过图1中M1前面的气室时，干涉图样随气室里气体气压的变化而变化：当气压增加时，干涉圆环从中心涌出；反之，干涉圆环向中心陷入。通过研究气体压强变化与条纹移动的关系可以得到气体折射率。在恒定温度下，气体折射率n与气压成正比：
(1)
式中p为气体压强，k为比例系数。在绝对真空下 ，则 。对于常压 条件下，则 ，当气室内压强改变 时，由于折射率的变化引起光程差改变（ ），可以观测到条纹的移动个数N。各参数之间的关系为
(2)
式中L为气室的有效长度，由上述各式可以推得常压( )下空气折射率为
(3)
3.2 实验结果与分析
利用图1的光路经仔细调节可以获得等倾干涉图象，图2是经CCD和计算机系统采集到的干涉图象。当改变气室内的压强时可以看到干涉圆环从中心涌出或向中心陷入。实验中先向气室充气加压，然后缓慢放气并观测干涉圆环向中心陷入的条纹数。
实验中用He-Ne激光作为光源（ =632.8 nm），所用气室的有效长度L=75 mm，如果常压 取标准大气压强760 mmHg，则(3)式可以写成：
(4)
表1给出了气室内压强增加值 与条纹移动数N和计算得到的折射率 之间的关系。

图2 CCD和计算机系统采集到的干涉图象
表1：气室内压强增加值 、条纹移动数N和计算得到的折射率 值
/mmHg 230 210 190 170 150 130 110
N/个 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
对测量数据求平均值并计算不确定度，得到

数据处理的方法还可以用作图软件，作出 ～N的关系曲线，通过求斜率计算得到折射率 。空气折射率的标准值是1.0002926（对 nm）[7]，测量误差主要来自条纹移动非整数部分的估读和气压表读数误差。另外，对气室的有效长度L和实验室的常压 的测量也对实验结果引入误差。
3.3 实验内容和难度的拓展
作为研究型实验，迈克耳逊干涉仪可以提供丰富的设计思想。例如，采用上述方法将气室与一充满不同气体的气囊（如氧气袋）相连，可以用于测量各种气体的折射率；如果对CCD采集图象进行计算机处理和编程可以实现条纹移动的自动记数；利用这一实验系统可以仔细观测、分析定域和非定域干涉现象[8]；如果采用面光源或扩束的平行光作为光源，在图1光路中气室P换成一个平板玻璃（或有机玻璃片、透明塑料片等），则可以检测玻璃表面平整度或介质内部的不均匀性；如果对有机玻璃片或透明塑料片等施加一定的应力，用上述方法可以分析透明介质的应力分布。等等这些内容经过精心设计均可作为研究型实验开设。值得一提的是根据综合性、设计性实验的不同要求，将上述研究型实验进行适当的教学设计，完全可以开设成综合性或设计性实验。

Ⅹ 日常生活中常见的薄膜干涉有哪些

1、一个肥皂泡就是一个薄膜，但是它的表面厚度不均匀。而光是由红色，绿色，和蓝色光波组成的，不同的颜色就从表面上反射出来。

2、在阳光下洗衣服时，盆里的肥皂或洗衣粉泡上会出现各种彩色花纹，并且随泡的大小变化，花纹的形状和颜色也不断的变化。

3、炎热的夏天，雨过天晴，柏油路的积水面上浮着一层油膜会呈现出五颜六色。

4、用手把两片无色透明的玻璃片捏在一起，阳光下也能看到彩色花纹。

(10)等倾干涉实验装置图扩展阅读

作用——

暗纹对应不同的倾角，这种干涉称做等倾干涉，等倾干涉一般采用扩展光源，并通过透镜观察。

利用薄膜干涉还可以制造增透膜。在照相机、放映机的透镜表面上涂上一层透明薄膜，能够减少光的反射，增加光的透射，这种薄膜叫做增透膜。平常在照相机镜头上有一层反射呈蓝紫色的膜就是增透膜。

同理如果增加光的反射成为增反膜，用于汽车玻璃贴膜等。可以用于检测平面是否平整。