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实验十二迈克尔逊干涉仪的调节和使用

19世纪末，迈克尔逊为了确定当时虚构的光传播介质—“以太”的性质，设计和制造

了该种干涉仪，并在1881年与莫雷合作在该干涉仪上进行了历史上有名的迈克尔逊—莫雷

测“以太”风实验，实验得到了否定的结果，为爱因斯坦1905年创立相对论提供了实验基

础。

迈克尔逊干涉仪是用分振幅的方法产生双光束以实现干涉的仪器。它的主要特点是两

相干光束完全分开，这就很容易通过改变一光束的光程来改变两相干光束的光程差，而光

程差是可以以光波的波长为单位来度量的。因此，迈氏干涉仪及其基本原理已被广泛应用

于长度精密计量、光学平面的质量检验和傅里叶光谱技术等方面，是许多近代干涉仪的原

型。

通过本实验希望同学们能了解迈氏干涉构造原理和调节方法，对单色光的等倾、等厚

干涉条纹以及复色光的干涉条纹有一个直观的印象，掌握用迈氏干涉仪测量波长和波长差

的方法。

【实验目的】

1．掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法。

2．用迈克尔逊干涉仪测定氦-氖激光的波长。

【实验原理】

图12-1迈克尔逊干涉仪光学系统

迈克尔逊干涉仪的光路如图15-1所示，干涉仪上各光学元件的名称已注明图上。

来自光源S的光经分光板P分成强度大致相等而在不同方向传播的两束光(1)和(2)，它们

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分别由反射镜M、M反射后，又经过分光板P射向观察系统，由于(1)和(2)两束光是相干光

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波，所以在观察系统中将见到该两光束的干涉图样。

为了便于理解干涉条纹的形成和它的形态，根据分光板P的半透半反膜及反射镜M、

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M在光路中的作用，将干涉仪的光路简化成图12-2的形式是合理的。图中S′是S关于P（反

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射膜）的像，M´是M关于P的像，S´和S´分别是S′关于M和M´的像。它们的相对位置决

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定于S、M和M相对于O点的距离。在分析一点光源S发出的光线经过干涉仪以后的干涉时，

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只要看两个相干点源S´和S´发出的对应光线的干涉就可以了。观察系统中见到的干涉条纹

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的形态取决于光源的形式（点光源、面光源、单色光、复色光）和反射镜M和M´的相对位

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置（平行、倾斜及它们的间隔距离）。下面分别讨论几种不同情况下干涉条纹的形态。

图12-2等效光路图12-3两相干点光源的空间干涉形态图

(一)单色光的干涉

1．点光源情况——对应不定域干涉

从图12-2可知，光源S为点光源时，它在M和M´中形成两个虚点源S´和S´，射向观察

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系统的光线即发自两虚点光源。两个相干点光源的空间干涉形态如图12-3所示，由于在空间

任一点，总会有发自相干点光源S和S的两条光线相遇，所以整个空间处处都有干涉，这种

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干涉称为不定域干涉。

2．面光源情况——对应定域干涉

面光源可以看做是无数个不相干点光源S的集合，每一个点光源S发出的光束通过迈氏

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干涉仪后在空间形成的干涉图样遵守前面的讨论。由于各S是不相干的，所以空间中任一点