实验十一用迈克尔逊干涉光路测空气折射率光的干涉是重要的光学现象之一，是光的波动性的重要实验根据。两列频度相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生互相强化或减缓现象，即光的干涉现象。光的波长其实很短(410－７～810－７之间)，但干涉白色的宽度和白色数却很容易用光学仪器测得。按照干涉白色数量和宽度的变化与光程差、波长等的关系式，可以推出微小厚度变化(光波波长数目级)和微小角度变化等，因而干涉现象在拍照技术、测量技术、平面角测量技术、材料挠度及形变研究等领域有着广泛地应用。相干光源的获取除用激光外，在实验室中通常是将同一光源采用分波阵面或分振幅种方式获得，并使其在空间经不同路径会合后形成干涉。迈克尔逊干涉仪是1883年德国化学学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造下来的精密光学仪器。它是借助分振幅法形成双光束以实现干涉。在近代化学和近代计量技术中，如在波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。借助该仪器的原理，研发出多种专用干涉仪。一、实验目的1、掌握迈克尔逊干涉光路的原理和调节方式。2、学会调出非定域干涉白色、等倾干涉白色、等厚干涉白色。
3、学习借助迈克尔逊干涉光路检测常温下空气的折射率。二、实验仪器He-Ne激光器及电源，扩束镜（短焦距凸透镜），全反镜，湿度计，小孔光阑，密封玻璃管，气压计等。三、实验原理1、迈克尔逊干涉光路图11.1是迈克尔逊干涉光路原理图，从光源S发出的一束光射到分束板后表面镀有半反射膜（通常镀金属银）光的折射实验仪器，光在半反射膜上反射和透射，被分成光强接近相等的两束光，一束为反射光1，一束为透射光2。当激光束以45角射向分束板的半反射膜上，又凝聚成一束光，射到光屏E处。因为反射光1和透射光2，起着补偿光束2的光程的作用。若果没有则光束1会三次经过玻璃板，而光束2只经过玻璃板一次。的存在致使光束1、2经过玻璃板的光程相等，因而使光束1、2的光程差只由其几何路程决定。因为本实验采用相干性挺好的激光，故补偿板并不重要。但若果使用的是单色性不好、相干性较差的光源，如钠光灯或汞灯，甚至白炽灯，就成为必需的了。这是由于波长不同的光折射率不同，由分光板能同时满足那些不同波长的光所需的不同光程补偿。11.1迈克尔逊干涉原理图2、干涉图样′反射而至的，因而可以把它们形成的干涉等效为M′之间的空气薄膜所形成的干涉来剖析研究。（1）点光源的非定域干涉如图11.2所示。
激光束经短焦距凸透镜会聚后可得点光源S，它发出球面波经G′发出的球面波，在它们能相遇的空间里处处相干，即各处都能形成干涉格子。因而在这个光场中的任何地方放置毛玻璃屏都能观察到干涉白色。我们称这些干涉为非定域干涉。随着S的连线垂直时（此时M′连线和屏H的交点O的距离大体相等，且它们之间有一小倾角）将得到直线白色。其他情况下将得到椭圆、双曲线干涉白色。11.2非定域干涉光路图11.3非定域圆白色的特点剖析图下边剖析非定域圆白色的特点（如图11.3所示）。′到屏上任一点P的光程差为因为比较小，所以有越小，k越大。即紧靠中心的白色干涉级次高，紧靠边沿(r大)的白色干涉级次低。（3.2）两式相加，得干涉白色宽度越大。（c）白色的“吞吐”。平缓联通M镜，改变d，可看到干涉白色的“吞”、“吐”现象。这是由于对于某一特定级次为k小，可以见到白色“吞”的现象。在圆心处，有，所造成干涉白色“吞”或“吐”的数量N所以，若已知波长，就可以从白色的“吞”“吐”的数量N，求得M和白色的“吞”“吐”数目N，则由上式可求得波长′互相平行时，用扩充光源照射。对于夹角相同的各光束，由上下两表面反射而产生的两相干光束，其光程差均为因而产生同一级干涉粉色。
用人眼直接观察，或放一会聚透镜在其后焦面上用屏去观察，可以见到一组同心圆环。每一个圆各自对应一恒定的夹角，所以这些干涉称为等倾干涉。等倾干涉白色定域于无穷远。在这种同心圆状干涉白色中，以圆心处级别最高，此时减小时，圆心处干涉白色的级次越来越高，可以看见圆环状白色一个一个从中心“吐”出来的现象；反之，当d减少时，可以看见圆环状白色一个一个从中心“吞”进去。每“吞”进或则“吐”出一条白色时，d就减小或则减少上式表明：当d一定时，越紧靠中心的干涉圆环(即越大，即干涉白色中间稀边沿密。当一定时，d越小，越大，即干涉白色随着d的减少而显得稀疏。′之间所产生的空气层很薄时，用扩充光源照明都会出现等厚干涉白色。由于等厚干涉白色定域在镜面附近，若用耳朵直接观察，应将耳朵聚焦在镜面附近。当角度很小时，由上下两表面反射而产生的两相干光束，其光程差仍可近似地表示为后表面未镀半反射膜，则有半波损失，M后表面镀半反射膜（银或铝或多层介质膜），则情况比较复杂，M′的相交处的干涉白色就不一定是最暗的。因为是有限的（取决于反射镜对耳朵的张角，通常比较小），所以可以忽视，光程差主要取决于长度d光的折射实验仪器，空气层宽度相同的地方光程差相同，所以观察到的白色是平行于交棱的等间隔分布的直线白色。
而在远离交（与波长大小可比）项的作用不可忽视，而同一条干涉白色对应的光程差应相等，因而在较大的地方必需要通过减小d来补偿。所以同一条干涉白色在逐步减小的地方必需要向d减小的方向联通，致使干涉白色渐渐弄成圆弧，并且弯曲的方向是凸向交棱的方向。3、迈克尔逊干涉法测空气折射率如图11.4所示。当光束垂直入射至M上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为λ，当δ=kλ，k=0,1,2,3,„时，干涉强化，相应接收屏中心的光强为极大。由式（6）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。若气室外二氧化碳折射率改变量为Δ气室的宽度)，进而导致干涉圆环“涌出”或“缩进”N条，则有11.4检测空气折射率实验原理图若果先将气室抽成真空，这时对光的折射率是1，之后平缓充气，使管内二氧化碳的浮力到