大学物理实验 迈克尔逊干涉仪实验原理

迈克尔逊干涉仪是一种精密的光学仪器，由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊在1881年发明，主要用于精确测量光波的波长和进行各种光学干涉实验。该仪器的设计基于光的干涉原理，即两束相干光波相遇时，它们的相位差决定了相互叠加后光强的分布，从而形成明暗相间的干涉条纹。 干涉仪的核心部件包括分束板、两个可移动的反射镜（通常标记为M1和M2）、扩束镜以及观察屏。分束板将入射光束分为两部分，这两束光分别经过不同的路径后再次相遇，形成干涉图案。通过调整反射镜的位置，可以改变两束光的光程差，进而分析光的干涉现象。 在迈克尔逊干涉仪中，等倾干涉是指当两束光经过不同路径后相遇，它们在观察屏上形成的干涉条纹呈现出同心圆环的形状。这种干涉模式出现在反射镜M1与M2垂直的情况下，此时两束光在空间中形成类似于空气薄膜的等厚度结构。等倾干涉条纹的级次K只与光束的入射角i有关，且在中心处（i=0）的条纹级次最高。 实验中，通过移动反射镜M2，可以观察到干涉条纹的移动，记录下明条纹中心位置变化时反射镜移动的距离Δd以及对应的条纹级次变化Δk。根据光程差与波长的关系，可以计算出光的波长λ： \[ \Delta k = \frac{\Delta d}{\lambda} \] 这使得迈克尔逊干涉仪成为测量光波波长的理想工具。此外，该仪器还可以用于校准长度标准，研究光谱线的精细结构，以及在量子物理、材料科学、光纤通信等领域有广泛应用。 迈克尔逊的贡献不仅在于发明了这一革命性的仪器，他还用它进行了著名的以太漂移实验，试图验证地球相对于“以太”（假想的绝对静止介质）的运动，虽然实验结果否定了以太的存在，但这一实验为爱因斯坦的相对论提供了重要的实验基础。 迈克尔逊干涉仪是物理学实验中的重要工具，其原理和应用涉及到光学、量子物理、计量学等多个领域，对于理解和应用光的干涉现象至关重要。通过大学物理实验，学生可以深入理解干涉原理，掌握干涉仪的调整和使用方法，同时提高实验技能和数据分析能力。