2dS1’S2’M1’M2邁克爾遜干涉實驗摘要：邁克爾遜干涉儀是一個精典邁克爾遜和莫雷設計制造下來的精密光學儀器，在近代化學和近代計量技術中都有著重要的應用。通過邁克爾遜干涉的實驗，我們可以熟悉邁克爾遜干涉儀的結構并把握其調整方式，認識電光源非定域干涉白色的產生與特性，部份從并借助干涉白色的變化測定光源的波長。實驗原理：(1)邁克爾遜干涉儀的光路邁克爾遜干涉儀的光路圖如圖（一）所示。從光源S發出的一束光攝在分束板G1上，將光束分為兩部份：一部份從G1半反射膜處反射，射向平面鏡M2；另一部份從G1透射，射向平面鏡M1。因G1和全反射平面鏡M1、M2均成45角，所以兩束光均垂直射到M1、M2M2反射回去的光，透過半反射膜；從M2反射回去的光，為半反射膜反射。兩者匯集成一束光，在E處即可觀察到干涉白色。光路中另一平行平板G2與G1平行，其材料長度與G1完全相同，以補償兩束光的光程差，稱為補償板。在光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所產生的實像，兩束相干光相當于從M1’和M2反射而至，邁克爾遜干涉儀形成的干涉白色就像M2M1’之間的空氣膜所形成的干涉白色一樣。（2）單色電光源的非定域干涉白色M2平行M1’且相距為d，S發出的光對M2來說，如S’發出的光光的反射實驗器材，而對于E處的觀察者來說，S’如坐落S2’一樣。
又因為半反射膜G的作用，M1就像處于S1’的位置，所以E處觀察到的干涉白色，如同S1’、S2’發出的球面波，它們在空間處處相干，把觀察屏置于E空間不同位置，都可以看邁克爾孫干涉儀光路研究性實驗報告——邁克爾遜干涉實驗到干涉花紋，因而這一干涉為非定域干涉。假如把觀察屏置于垂直于S1’、S2’的位置上，則可以見到一組同心圓，而圓心就是S1’,、S2’的連線與屏的交點E。設E（ES2’=L）的觀察屏上，離中心E點遠處某一點P，EP式中φ是方形干涉白色的夾角。所以亮紋條件為2dcosφ=kλ(k=0,1,2,?)由此式可知，當k、φ一定時，假若d漸漸減少，則cosφ將減小，即φ角逐步降低。也就是說，同一k級白色，當d減少時，該圓環直徑增大，看見的現象是干涉圓環內縮；假如d逐步減小，同理看見的現象是干涉白色外擴。對于中的變化量，所以有通過此式則能有變化的白色數量求出光源的波長。實驗儀器：邁克爾遜干涉儀、氦氖激光器、小孔、擴束鏡、毛玻璃。研究性實驗報告——邁克爾遜干涉實驗調節激光器，使激光束水平地射到M1、M2反射鏡中部并垂直于儀器滑軌。首先將M1、M2反面的三個螺栓及兩個微調拉簧均擰成半松，之后上下聯通、左右旋轉激光器俯仰，使激光器入射到M1、M2反射鏡中心，并使M1、M2放射回來的光點回到激光束輸出鏡面中心。
調節M1、M2相互垂直在光源前放置一小孔，讓激光束通過小孔入射到M1、M2上，按照放射光點的位置對激光束做進一步細調，在此基礎上調整M1、M2反面的三個方位螺絲，使兩鏡的反射光斑均與小孔重合，這時M1M2基本垂直。調節M1鏡下方微調拉簧，使之形成圓環非定域干涉白色，這時M1M2的垂直程度進一步增強。將另外一塊毛玻璃放在擴束鏡與干涉儀之間以獲得面光源。放下毛玻璃觀察屏，用嘴巴直接觀察干涉環，同時仔細調節M1的兩個微調拉簧，直到鼻子上下左右搖晃時，各干涉環大小不變，即干涉環中心沒有被吞吐，只是圓環研究性實驗報告——邁克爾遜干涉實驗M2嚴格垂直。移走小塊毛玻璃，將毛玻璃觀察屏放回原處，仍觀察點光源等傾干涉粉色。改變d值，使白色外擴或內縮，借助公式λ=2Δd/N測出激光的波長。要求圓環中心每吞吐1000個格子，即疏密變化100次記下一個d值，連續檢測10數據記錄與處理：實驗原始數據實驗次數讀數dmm50.....66099實驗次數10讀數dmm50.....82064研究性實驗報告——邁克爾遜干涉實驗..........8.....82064由Δd=λN/2,可得mm355查閱資料知實驗所用氦氖激光器波長研究性實驗報告——邁克爾遜干涉實驗=0.994%偏差很小，可見邁克遜干涉儀是相當精密的儀器。
偏差剖析：實驗器材受環境中的震動等誘因的干擾形成誤差。六、實驗總結與討論下邊是我在實驗中遇見的故障及解決方案不完整的干涉圖樣研究性實驗報告——邁克爾遜干涉實驗：轉動微動手輪時干涉圖樣會上下聯通緣由及解決方式：當滑軌是光滑平整的時侯上述問題形成的緣由是因為分光板P1直于水平面導致的。當分光板P1不垂直水平面時,光線(1)將不平行于水平面。M1聯通歲月線(1)和光線(2)在分光板上的光斑寬度將發生變化促使干涉圖樣會上下聯通解決方式如圖3所示，首先卸掉平面反射鏡之后用兩束處于同一水平面的相互垂直的激光束入射分光板P1，其中光束（2）是透過分光板的，它的光斑只會發生一些縱向聯通，而光束（1）是在半反半透膜上發生反射的。若分光板P1有微小的角度變化，則它的光斑將有特別大的位移。通過調節分光板上的兩個螺栓，致使當光束（1）和（2）的光斑處于同一水平面，再調節分光板上的銷釘促使光束(1)和光束(2)的光斑重合，分光板P1就垂直水平面了，且光束（1）和分光板P1傾角精確為45問題：干涉圖樣不圓整，不規則。緣由及解決方式出現如圖4所示的情況是因為分光板P1和補償板P2不平行導致的當P1和P2不平行時，補償板P2所補償的光程和所需的光程將不一致，造成干涉相長和相消的區域有變化促使干涉圖樣不圓整，不規則，用圖所示的激光束入射分光板和償板，經過平面鏡M2反射后的光束會由分光板P1和補償板P2的反射而得到光束（1）和光束（2）通過調節補償板P2上的銷釘促使光束(1)和光束(2)平行,則分光板P1和補償板P2將平行問題3：干涉白色過分細、密，無法觀察計數緣由及解決方式:這是因為M2ˊ與M1的距離過大造成的，可適當降低距離問題：轉動微動手輪,但干涉圓環無“涌出”陷入”。
緣由及解決方式:出現這些情況通常都是因為傳動系統的問題,若是讀數窗口中的讀數無變化,則是由于微動手輪早已無效。這時只須要將微動手輪上的鎖緊螺絲鎖緊即可。是讀數窗口中的讀數有變化，而干涉圓環無“涌出”陷入”，則是由于粗動手輪的鎖緊螺絲須要鎖緊。問題5：調節M1和M2的傾角卻調不出干涉圖樣。緣由及解決方式：出現此現象是照明光軸不在視場中間或照明光軸和反射鏡M2不垂直.如圖所示,卸掉擴束透鏡，讓激光器發出的激光束照射到反射鏡M2的中間，找到反射像后，通過聯通激光器或整體聯通邁克爾遜干涉儀促使反射像回到激光器的發光孔。這樣照明光軸就會和平面反射鏡垂直。研究性實驗報告——邁克爾遜干涉實驗問題6讀數系統不確切緣由及解決方式：邁克爾遜干涉儀的讀數系統由三部份構成：主尺讀數，讀數窗口讀數，微動手輪讀數。當M1的滑塊上的讀數刻線和主尺的某一條刻線重合時，讀數窗口讀數應為零。微動手輪讀數也應為零，對于讀數系統不確切的解決光的反射實驗器材，需首先用粗動手輪把讀數窗口的讀數調為零，握住平面鏡M1的滑塊上的讀數尺，將刻線調到和主尺的某一條刻線重合。這時主尺上的讀數和讀數窗口中的讀數就保持同步了。
對于讀數窗口中的讀數和微動手輪讀數的不同步。我們可以把微動手輪順秒針轉至零刻度后，再順秒針轉動粗動手輪把讀數窗口中的讀數調為一整數刻度，完成了整個讀數系統的校正問題。偏差剖析：該實驗偏差主要有以下幾個方面因為總共須要數1000個白色變化，很容易出現計數偏差，這要求實驗者須要認真計實驗過程中兩個反射鏡M1和M2不是嚴格的垂直造成的偏差。因為人眼及儀器本身的限制，很難做到使兩個反射鏡絕對的垂直。若M1和M2不是嚴格的垂直，則產生的是等厚干涉白色，此時再用等傾干涉公式來估算會有偏差。讀數系統的偏差，此偏差里面早已估算。看法：邁克爾遜和莫雷以邁克爾遜干涉儀為基礎共同進行了知名的邁克耳遜－莫雷實驗，這個試驗排除了以太的存在，為狹義相對論的誕生提供了基礎，同時邁克爾遜也因而獲得1907年的諾貝爾獎，足可見邁克爾遜干涉儀的重要性。時至