光纤Michelson干涉仪

第23卷　第1期2005年3月 广西师范大学学报(自然科学版)JOU R NA L OF GU A N GX I NO RM A L U N IVER SI T Y

V ol.23 N o.1M arch 2005收稿日期:2004-09-25

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60277015)

作者简介:江天府(1969—),男,四川宜宾人,中国民用航空飞行学院副教授,博士.

光纤光栅M ichelson 干涉仪

江天府1,郝邦元1,江　毅2

(1.中国民用航空飞行学院计算机与信息工程系,四川广汉618307;2.北京理工大学光电工程系,北京100081)

摘　要:提出了一种基于光纤布拉格光栅(光纤光栅)的光纤M ichelso n 干涉仪.它使用光纤光栅作为干涉仪

的反射器,宽带光代替激光作为光源,是一种可以波分复用的M ichelson 干涉仪.用3×3耦合器作为分光器,

并结合软件解调技术从干涉仪的输出信号中解调出了外部振动信号.

关键词:M ichelson 干涉仪;光纤光栅;3×3耦合器

中图分类号:T N 929.11 文献标识码:A 文章编号:1001-6600(2005)01-0099-03

传统的光学干涉仪主要有M ichelson,Mach-Zehnder,Pabry-Perot 和Sagnac 4种基本形式.随着光纤的出现,也出现了对应的4种光纤干涉仪.相对于传统的光学干涉仪,全光纤干涉仪没有光路对准的要求,结构稳定,可以随意搬动.在光纤干涉仪中,一般用耦合器代替传统的半反半透镜,并在光纤端面镀膜来作为反射器.

本文提出了一种用光纤布拉格光栅(光纤光栅,FBG )来作为反射镜的光纤M ichelson 干涉仪.光纤光栅是用紫外光照射光敏光纤,使光纤纤芯的折射率产生周期性变化而形成的一种芯内体光栅[1].它能够反射某一特定波长的光( =2n ,其中n 是纤芯折射率, 是光栅栅距).这种光纤光栅干涉仪与普通的M i-chelson 干涉仪不同之处在于由于反射器具有波长选择特性,因此可以用宽带光作为光源,另外也可以用波分复用技术在2个光臂上复用多个Michelson 干涉仪.

1　实验

这一光纤光栅Michelson 干涉仪的结构如图1所示.它包括了光纤光栅干涉仪和干涉信号的解调系图1　光纤光栅M ichelson 干涉仪系统F ig .1　F iber gr ating M ichelson interferometer 统.在这里,用2只光纤光栅作为反射器,它们的波

长相同 1= 2.光源也不必使用激光器,可用宽带

光源,这里使用超辐射光纤光源(ASE),其光谱如

图2所示.ASE 使用980nm 的泵浦激光,掺铒光纤

12m 长,掺杂浓度 (Er )=0.04%.在驱动电流70

mA 时,光源出光功率为370!W.为了从干涉仪输

出信号中直接解调出外部调制信号,使用3×3耦

合器代替了通常的2×2耦合器作为分光器.

光纤光栅1的中心波长 1=1551.166nm,线

宽? 1=0.247nm,光纤光栅2的中心波长 2=1

551.142nm ,线宽? 2=0.215nm .两光栅中心波

长相距? =0.024nm.我们知道,激光的相干长

度由这个公式确定:L = 2/? .

因此可以得到在这种光纤光栅Michelson 干涉仪中,两干涉臂允许的最大光程差为:

D =n × 1+ 222

? 12+? 22+? =n ( 1+ 2)22(? 1+? 2+2? ).(1)其中n

是纤芯折射率.将相关参数代入(1)式,得D =13.7mm .因此为了获得干涉条纹,两光纤光栅距离耦合器的距离之差应小于13.7mm ,否则不能获得干涉条纹.图2　超辐射光纤光源A SE 光谱图 图3　干涉仪的2路输出 图4　干涉仪输出相位成120°

　F ig .2　T he spectrum of A SE Fig .3　T he 2o utputs of F ig .4　T he phase relationship o f

interferometer the interfero met er out puts

实验中,将Michelson 干涉仪的一个臂保持静止,另一个臂上20cm 的光纤粘贴到100mm ×35m m ×0.3mm 的铜片上.铜片一端固定5g 的质量块,另一端固定到振动台上.当振动信号加到干涉仪的这个臂上时,从3×3耦合器就可以得到干涉仪的2路输出信号,图3所示是振动频率为220Hz 时干涉仪的2路输出信号.

由于是3×3耦合器作为分光器,2输出成120°相位差,相位关系如图4所示.2路成120°相位差的输出信号使我们能够立刻简单的解调出外部的振动信号.

图5

　加到振动台的信号 图6　干涉仪的解调输出

F ig.5　T he v ibr ation signal Fig.6　T he demodulation output

图7　复用光纤光栅M ichelson 干涉仪

F ig .7　M ultiplex fiber g rating M ichelson interfer ometer 信号解调原理如图1所示[2].本文中使用了软件解

调技术[3],即将2路干涉输出信号放大后A/D 转换,送

入计算机,用软件来实现图1所示的计算.图5是振动台

的输入波形,图6是干涉仪的解调输出.此方法从干涉

仪的输出中将外部的振动信号很好地解调了出来.

这一光纤M ichelson 干涉仪也可以复用,原理如图

7所示,这里复用了3个Michelson 光纤光栅干涉仪.将

波长相等的光纤光栅成对连接到耦合器的2个臂上,每一对光纤光栅到耦合器等距离,在输出端用密集型波

分复用器(DWDM)将每个波长上的光取出,再作与前

面相同的计算即可得到每一个干涉仪的输出.100 广西师范大学学报(自然科学版) 第23卷

2　小结

本文提出了一种基于光纤光栅的Michelson 光纤干涉仪.它使用光纤光栅作为反射器代替了传统的光纤反射镜,因此使用宽带光作光源.与通常的光纤M ichelson 干涉仪类似的是,两干涉仪的光程差受光纤光栅线宽所确定的相干长度的限制.这种M ichelson 干涉仪还可以用波分复用技术来复用多个干涉仪.参　考　文　献:

[1]　M eltz G ,M o rey W W ,G lenn W H.F or mation of Brag g g ratings in optical fibers by a t ransver se ho log raphic method[J].

O pt L ett,1989,14(15):823—825.

[2]　K oo K P ,T v et en A B,Dandr idge A.P assive stabilization scheme for fiber interfero meter s using (3×3)fiber directional

coupler [J ].A ppl Phy s L ett ,1982,41(7):616—618.

[3]　江　毅,娄英明,王惠文.基于对称3×3耦合器的全光纤干涉仪的软件解调技术[J].光子学报,1998,27(2):152—155.

FIBER GRA T IN G BA SED MICHELSON IN T ERFEROM ET ER

JIANG Tian -fu 1,HAO Bang -yuan 1,JIANG Yi

2(1.D epartment of Computer and Communicatio n Engineering ,Civ il A viation Flight U niv ersity of China,

Guang han 618307,China ;2.Opt ical and Electrical D epartm ent,Beijing Institute of T echnolog y ,Beijing 100081,China)Abstract :A M ichelson interferometer based on fiber Brag g grating (fiber g rating)is demonstrated.Tw o fiber grating s are used as reflectors and the laser is replaced by wide band source as light source .These m ethods make the interferom eter wavelength-m ultiplexed.Outer vibration signals can be obtained from the output of the interferometer when a 3×3coupler com bined w ith softw are demodulation is used as the splitter.Key words :Michelson interferometer ;fiber grating ;3×3coupler

(责任编辑　黄　勇)101第1期 江天府等:光纤光栅M ichelson 干涉仪

八迈克尔逊干涉仪的调节和使用

实验15 迈克耳孙干涉仪的调节与使用 19世纪末，美国物理学家迈克尔孙（A.A.Michelson ）为测量光速，依据分振幅产生双光束实现干涉的原理，设计制造了迈克尔孙干涉仪这一精密光学仪器。迈克尔孙与其合作者用这仪器完成了相对论研究中具有重要意义的“以太”漂移实验，实验结果否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础。 在近代物理学和近代计量科学中，迈克尔孙干涉仪不仅可以观察光的等厚、等倾干涉现象，精密地测定光波波长、微小长度、光源的相干长度等，还可以测量气体、液体的折射率等。迈克尔孙1907年获诺贝尔物理学奖。迈克尔孙干涉仪的基本原理已经被推广到许多方面，研制成各种形式的精密仪器，广泛地应用于生产和科学研究领域。近年来，美国物理学家正在用40m ×40m 的迈克尔孙干涉仪探测引力波。 1 [实验目的] 1.1了解迈克耳孙干涉仪的基本结构，学习其调节和使用方法。 1.2观察各种干涉条纹，加深对薄膜干涉原理的理解。 1.3测定激光的波长。 2 [实验仪器] 迈克耳孙干涉仪(WSM-100型)，多束光纤激光器，钠光灯。 3 [仪器介绍] WSM-100型迈克耳孙干涉仪的主体结构如图16-1所示，主要由底座、导轨、拖板、定镜、读数及传动系统、附件等六个部分组成。 3.1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。 3.2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16-2所示。 3.3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M 1）在导轨面上滑动，实现粗动。M 1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。 M 1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。 3.4定镜部分 图16-1 迈克耳逊干涉仪的结构示意图 图16-2 导轨结构示图

Sana 光纤端面干涉仪

SANA自动非接触式光纤端面干涉仪 操作手册 版本号 V.2.1 深圳市维度科技有限公司 2010.6

第一章概述 Sana 光纤端面干涉仪是维度科技自主开发的拥有专利技术的一款高性能低价格的自动非接触式光纤端面干涉仪。它能够准确快速的测量出光纤连接器的曲率半径（ROC）, 顶点偏移（Apexoffset）,光纤高度（FiberHeight）及APC光纤连接器的研磨角度与键度误差;同时立体展现光纤连接器的表面几何状况。 Sana光纤端面干涉仪分为干涉仪主机和Sana干涉测量软件两个部分，随干涉仪还配有一台式商用PC机。 Sana干涉仪主机采用的是650nm的高功率LED窄带光源,能够使用户方便快捷的得到干涉图像。 随机配有两个干涉夹具（2.5mm通用型，1.25mm通用型）能够测量几乎所有的光纤连接器。2.5mm通用型干涉夹具可以测量FC/PC、SC/PC、ST/PC、E2000/PC、DIN、FC/APC、SC/APC等光纤连接器;1.25mm 通用型可以测量LC/PC、MU/PC、LC/APC等光纤连接器。在APC与PC互相转换时不需要更换夹具也不需要对软件校准，只需将角度调节杆调节到相应的角度就可以，使用起来方便快捷。 测量软件的卓越准确性、测量结果的高重复性和界面直观容易操作的特点给测量带来前所未有的便利。初始测量前需要进行校准，在进入校准界面后应用“旋转6点法”进行校准，六点校准完成后软件会自动给出硬件的偏差值，按一下补偿“OK”钮软件对该偏差进行补偿。终端用户不需要对硬件进行调整即可达到校准的目的。 测量时只要点击“测量”按钮就可完成一次测量。当前测量值及历史4次测量值显示在分析图的下方。用户还可根据需求选择是否保存测量结果。如果用户选择自动保测量结果方式软件会将测量值储存在excel 表格中，并根据用户选择的标准（IEC、Telicordia、或者用户自定义标准）判断是否合格。测量完成后软件将光纤连接器的表面几何状况还原出来以三维图的形式显示，并给出等高图和表面粗糙度图使用户直观地认知光纤连接器的表面状况。 主要特点： 1、测量结果的高重复性、准确性； 2、方便直观的软件硬件操作性能； 转换测量PC连接器与APC连接器时不需更换夹具与校准 校准时软件自动补偿硬件偏差，不需要对硬件调整 3、拥有专利技术，干涉夹具锁紧准确，操作方便。独有的APC浮动定位技术使测量APC光 纤连接器的准确性达到前未有的精度； 4、生成三维图及分析图能够直观反映光纤连接器的细节； 5、生成的报告和数据报表格式为Excel,便于文件的管理和打印； 6、与市场同类产品相比具有价格上的绝对优势。

迈克尔逊干涉仪实验报告

迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。 关键词： 迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率； 一、引言 【实验背景】 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。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具； 它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。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。 【实验目的】 1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法； 2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律； 3．测量空气的折射率。 【实验原理】 （一） 迈克尔逊干涉仪 1M 、2M 是一对平面反射镜，1G 、2G 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，1G 称 为分光板，在其表面 A 镀有半反射半透射膜，2G 称为补偿片，与1G 平行。 当光照到1G 上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到1M ，经1M 反射后，透过2G ，在1G 的半透膜上反射到达E ；反射光2射到2M ，经2M 反射后，透过1G 射向E 。两束光在玻璃中的 光程相等。当观察者从E 处向1G 看去时，除直接看到2M 外还可以看到1M 的像1 M 。于是1、2

光纤马赫-曾德干涉

马赫-曾德光纤干涉实验 光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器,它是光纤和光通讯技术迅速发展的产物。光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)是一种功能型光纤传感器,它在光纤技术中常用作相位、频率等的调制解调器。 一、实验目的 1．学习光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉原理 2．掌握利用马赫-泽德光纤干涉仪对压力和温度的测量。 二、实验器材 OFKM-Ⅳ型多功能全光纤干涉仪，He-Ne 激光器 三、实验原理 1．光纤传感器基本工作原理 光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉仪结构与原理如图 1所示。光源发出的光经过耦合器（DC1），将光束一分为二，光纤一臂为信号臂，另一臂为参考臂。经过耦合器 DC2 进行干涉，干涉光照到探测器上，光强表达式分别为 )(cos 1t B A I Φ+= （1） )(cos 2t B A I Φ-= （2） 在通过对干涉信号相位的获得来推知作用在信号臂上的外界物理量的变化。 2．马赫-曾德光纤温度传感器工作原理 激光束从激光器发出后经分束器分别送入长度基本相同的两条光纤, 而后将两根光纤输出端汇合在一起,产生干涉光, 从而出现了干涉条纹。当一条光纤臂温度相对另一条光纤臂的温度发生变化时, 两条光纤中传输光的相位差发生变化, 从而引起干涉条纹的移动。干涉条纹的数量能反映出被测温度的变化。光探测器接收到干涉条纹的变化信息, 并输入到适当的数据处理系统, 最后得到测量结果。 长度为 L 的光纤中传播光波的相位Φ nL k 00+Φ=Φ （3） 其中0Φ 为光进入光纤前的初始相位， 0k （00/2λπ=k ，0λ为真空中波长）为传播常数, n 为光纤的折射率;L 为光纤的长度。 图1 光纤Mach-Zenhder 干涉仪原理图

实验6-5-迈克尔逊干涉仪的原理与使用

实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用 一．实验目的 （1）.了解迈克尔逊干涉仪的基本构造，学习其调节和使用方法。 （2).观察各种干涉条纹,加深对薄膜干涉原理的理解。 （3).学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。 二．实验原理 1．迈克尔逊干涉仪光路 如图所示,从光源S 发出的光线经半射镜 的反射和透射后分为两束光线,一束向上 一束向右,向上的光线又经M １ 反射回来, 向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来? 在半反射镜处被再次反射向下，最后两束光线在 观察屏上相遇,产生干涉。 2.干涉条纹 （1).点光源照射——非定域干涉 如图所示，为非定域干涉的原理图。点Ｓ1是光源 相对于M1的虚像，点S ２’是光源相对于M2所成 的虚像。则Ｓ1、S2`所发出的光线会在观察屏上形 成干涉。 当M1和M2相互垂直时,有S1各S2`到点A 的 光程差可近似为： i d L cos 2=? ① 当A 点的光程差满足下式时 λk i d L ==?cos 2 ② A 点为第ｋ级亮条纹。 由公式②知当i 增大时c ｏsi 减小,则k 也减小,即条纹级数变高,所以中心的干涉条纹的级次是最高的 （2)扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃，则形成扩展光源,此时形 成的干涉为定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。 ①．M １与Ｍ2严格垂直时，这时由于d 是恒定的,条纹只与入射角i 在关，故是等倾干涉 ②．M １与M2并不严格垂直时，即有一微小夹角,这种干涉为等厚干涉。当Ｍ１与M2夹角很小,且入射角也很小时,光程差可近似为 )21(2)2sin 1(2cos 222 i d i d i d L -≈-=≈?③ 在M1与Ｍ２`的相交处,d ＝0,应出现直线条纹,称中央条纹。 ３．定量测量 (1).长度及波长的测量 由公式②可知,在圆心处i ＝0 0， ｃosi=1,这时 λk d L ==?2 ④ 从数量上看如ｄ减小或增大N 个半波长时,光程差L ?就减小或增大N 个整波长，对应

迈克耳逊干涉仪的使用-大学物理试验-长江大学

超声声速的测量 声波是在弹性介质中传播的一种机械波。振动频率在20 ~ 20000Hz的声波为可闻声波，频率超过20000Hz的声波称为超声波。对于声波特性（如频率、波长、波速、相位等）的测量是声学技术的重要内容。声速的测量在声波定位、探伤、测距中有广泛的应有。在石油工业中，常用声波测井获取孔隙度等地层信息，在勘探中常用地震波勘测地层剖面寻找油层。测量声速最简单的方法之一是利用声速与振动频率f和波长λ之间的关系（即u fλ =）来进行的。 由于超声波具有波长短、能定向传播等特点，所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。本实验就是测量超声波在空气中的传播速度。超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的是利用压电效应和磁致伸缩效应。在实际应用中，对于超声波测距、定位测液体流速、测材料弹性模量、测量气体温度的瞬间变化等方面，超声波传播速度都有重要意义。 一、教学目的 1、掌握用驻波法和相位比较法测量空气中的声速。 2、加深对驻波和振动合成理论知识的理解，了解超声压电换能器的结构和 原理。 3、进一步掌握信号源和示波器的使用，培养综合使用仪器的能力。 二、教学要求 1、实验三小时完成。 2、了解超声压电换能器的结构和原理； 3、进一步掌握信号源和示波器的使用； 4、用驻波法测出超声波的频率和波长，并计算出声速； 5、用相位比较法测出超声波的频率和波长，并计算出声速； 6、对实验结果进行评价，写出合格的实验报告。

三、教学重点和难点 1、重点：理解驻波法和位相法测声波波长的原理。 2、难点：掌握用驻波法和相位比较法测超声波波长的方法。 四、讲授内容（约20分钟） 1、实验原理？ 让同学们理解测声速的实验公式u f λ=；产生驻波的条件（两列在同一直线上沿相反方向以相同速度传播的相干波）；实验中由压电陶瓷换能器S 1（产生 超声波）、S 2（反射与输出）两端面间距离满足来实现。 位相法测声波波长的原理是移S 2可得系列12 i i L L λ+-=与声源同位相或反相位的位置；将S 2输出信号与S 1的激励信号同时输入示波器的x 、y 轴方向，进行振动合成；选择相位差分别为(21)n ?π?=+和2n ?π?=时的李萨如图形（直线）来观测超声波波长。 2、分析压电换能器的工作原理。 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部主要结构由两个压电晶片和一个共振板构成。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 3、为什么先要调整换能器系统处于谐振状态？怎样调整谐振频率？ 首先要让同学们理解产生谐振（共振）的条件（调信号源频率等于换能器固有频率），在谐振状态下换能器能发出较强的超声波便于测量。 谐振状态的调节：粗调频率使S 1指示灯亮；移动S 2同时细调频率，使示波器上出现的正弦波振幅最大。 4、利用本实验给出的仪器，能否用双显法测量超声波波长？ 可利用双显法，把接线头的信号与发射头的激励信号输入Y 1、Y 2通道，同时显示图形并比较，移动接收头S 2寻找同位相点的位置（波形完全重合），测超声波的波长。 2 n L n λ=

迈克耳逊干涉仪的使用(教学指导书)

迈克耳逊干涉仪的使用（教学指导） 迈克耳逊干涉仪是根据光的干涉原理制成的一种精密光学仪器，它是一种分振幅双光束干涉仪。迈克耳逊和他的合作者曾用这种干涉仪进行了三项著名的实验：迈克耳逊－莫雷实验，为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据；镉红线的发现实现了长度单位的标准化；由干涉条纹视见度随光程变化的规律，可推断光谱线的精细结构。 迈克耳逊干涉仪用途很广：观察干涉现象，研究许多物理因素（如温度、压强、电场、磁场等）对光传播的影响，测波长、测折射率等。 一、教学目的 1、学习调节使用迈克耳逊干涉仪。 2、用迈氏干涉仪测He－Ne激光的波长。 3、观察钠光、白光的等倾和等厚干涉现象。 二、教学要求 1、实验三小时完成。 2、了解迈克耳逊干涉仪的结构、原理，学会它的调节和使用方法。 3、观察、认识、区别等倾干涉和等厚干涉。 4、测量干涉纹移动的数目（每50环）所对应的动镜的坐标位置。 5、计算出He－Ne激光的波长，并对实验结果进行评价，写出合格的实验报告。 三、教学重点和难点 1、重点：掌握迈氏干涉的干涉原理。 2、难点：干涉环的调节。

四、讲授内容（约20分钟） （采用问答、讨论方式进行） 1、实验原理？ （见黑板上原理图示、右图2）从面光源S 发出的光束射向分光板G 1，被G 1分成振幅大致相等的反射光1和透射光2，光束１被动镜M 1再次反射回并穿过G 1；光束2穿过补偿片G 2后 被定镜M 2反射回，二次穿过G 2达到G 1，并被膜反射；最后两束光是频率相同、振动方向相同、光程差恒定即位相差恒定的相干光，它们在相遇空间产生干涉条纹（非定 域干涉）。 2、分光板G 1的作用？在哪个表面上分光？补偿板G 2的作用？对它有什 么要求？ G 1的作用使分出来的两束光的振幅大致相等。在G 1板的镀银面上分光。G 2 补偿光程，使 两束光不产生光程差。G 2与G 1用同种材料做成，厚度相同，平行放置。 3、单色点光源等倾干涉条纹是怎样形成的？ （用投影仪投示或见黑板示非定域干涉光路图---如上图2示）用短焦矩透镜会聚后发散，可视为点光源S ，点光源S 经M 1、M 2反射后相当于由两个虚光源S 1′、S 2′发出的相干光束，但S 1′和S 2′间的间距为M 1到M 2的虚像M 2′的距离d 的两倍，即S 1′S 2′＝2d ，虚光源S 1′、S 2′发出的球面波在它们相遇的空间（非定域）处处相干。考虑到θ较小，通过计算可得出两相干光束的光程差为δ＝2dcos θ，由干涉明纹条件：δ＝2dcos θ=k λ, d 、 λ一定时，θ相同则k 同，即同一级次的干涉条纹为分布在锥角为θ的圆锥底面上的同心圆环……等倾干涉条纹。 且在环心处：θ=0，光程差最大，δ＝2d =k λ, 干涉级次最高。 图2点光源非定域干涉 θ M 2 G 1 G 2 M 2

光纤迈克尔逊干涉仪 4组

1.原理 如图l所示， He-Ne激光 通过耦合透镜进入单模光纤 后被光纤耦合器分成强度相 等的两束，分别进入参考臂 和传感臂中传播。两干涉臂 中传播的光线经各自光纤端 面的反射镜Ml、M2反射重新 返回光纤中，当干涉仪两个 臂问的光程差小于光源的相 干长度时，两束光在光纤耦 合器的另一输出端将发生干 涉。输出的干涉信号进入光 电探测器D。这样光电探测 器D就给出了干涉强度和两 束光光程差之间的函数关 系，这就是干涉图 光纤迈克尔逊干涉相位差与光强的关系图 其中，用3 dB耦合器和光纤环路反射器分别代替传统迈克尔逊干涉仪的分束器和全反射镜。此干涉仪最大特点是光路全封闭，光纤两臂可绕成任意形状，结构灵活，不像分立元件迈克尔逊干涉仪有极高的环境和调整要求。

改进型的Michelson干涉仪 利用的则是Michelson干涉仪的对称性结构，传感光路定在待测结构中，参考光路由套管保护起来，两光路共用一个双面反射，移动这个反射镜可以同时调节两光路中的光程．若采用低相干光源人射，移动反射镜使两光束光程差为零．施加应力作用后，移动反射镜使两光路重新达到等光程，从移动的距离中即可获得施加应力的大小．外界温度发生变化时，由于两光路靠得很近，可认为两束光的相位随着温度发生相同的变化，从而实现了温度自动补偿． 图是带有偏振控制器的Michelson干涉仪．光纤偏振控制器用来控制参考臂中传播的参考光的偏振态，使参考光和信号光的偏振态相互匹配，因为传输光偏振态对于相干光通信和光纤干涉仪以及干涉型光纤传感器的影响非常明显。 步进电机用来改变传感臂中传输的信号光的光程，以此来改变信号光与参考光的相位差，进而改变从耦合器出来的干涉光的光强。从光电探测器出来的干涉光如果送入示波器则可以用电信号演示由于步进电机的移动导致干涉光的强弱呈现有规律的变化，这点可以代替传统的Michelson干涉仪，可以形象地演示两束光的干涉过程；如果从光电探测器出来的光送入PC机，可以直接观察两束光的干涉动态过程；另外，配合相关软件可以测量微位移、折射率、压力、磁场强弱、应力应变等。

sagnac光纤干涉仪误差分析

《光纤光学》大作业 题目：sagnac光纤干涉仪误差分析 学号： 姓名：

Sagnac光纤干涉仪最典型的应用是光纤陀螺，由于其具有灵敏度高体、积小且无转动部分的优点，受到广泛的关注。在由同一光纤绕成的光纤圈中沿相反方向前进的两光波，在外界因素作用下产生不同的相移。通过干涉效应进行检测，就是sagnac光纤干涉仪的基本原理。它的误差来源主要有五个。一闭锁效应；二是互易性和偏振态；三是偏置和相位调制；四是光子噪声；五是寄生效应。下面逐个对其进行介绍。 一、基本原理 下图是sagnac光纤干涉仪的原理图。用一长为L的光纤，绕成半径为R的光纤圈。从激光器1发出的激光束由分束镜分成两束，分别从光纤两个端面输入，再从另一个端面输出。两输出光叠加后将产生干涉效应，此干涉光强由光电接收器2检测。 当环形光路相对于惯性空间有一转动Ω时，（设Ω垂直于环路平面），则对于顺、逆时针传播的光，将产生一非互易的光程差 4A L C ?=Ω 式中A:光路所包含面积; C:光在真空中的速度;。当环形光路是由N圈单模光纤组成时，对 应顺，逆时针光程差为 8NA c π ? λ ?=Ω式中，λ是真空中的波长。 二、误差来源 1）闭锁效应 由于激光介质的色散、模式牵引和反射镜等光学元件对光束的后向散射等原因，有源环形腔内正、反向行波的频率接近到一定程度时，将突然变成完全一样，即存在一个可能达到的最小频差X，一旦频差小于X，就将变为0. 因此当输入转速小到一定程度时，有源环形腔内正、反向行波模对的频率将

趋于完全相同。 上述现象即为激光陀螺进入锁区，此区域内输入转速不被敏感。缩小锁区、消除锁区及采用各种偏频方法克服锁区的影响是激光陀螺最为关键的技术。 2） 互易性和偏振态 为精确测量，需使光路中沿相反方向行进的两束相干光，只有因转动引起的非互易相移，而所有其他因素引起的相移都应互易。这样所对应的相移才可抵消，一般是采取同光路、同模式、同偏振的三同措施。 3） 偏置和相位调制 干涉仪所探测到的光功率为 )1()2 1(0??+=COS P P D 式中，P 0为输入的光功率；??为待测的非互易引起的相位差。可见对于慢转动（即小??），检测灵敏度很低。为此，必须对检测信号加一个相位差偏置b ??，其偏置量介于P D 的最大值和最小值之间。如下图所示

光纤Michelson干涉仪

第23卷　第1期2005年3月 广西师范大学学报(自然科学版)JOU R NA L OF GU A N GX I NO RM A L U N IVER SI T Y V ol.23 N o.1M arch 2005收稿日期:2004-09-25 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60277015) 作者简介:江天府(1969—),男,四川宜宾人,中国民用航空飞行学院副教授,博士. 光纤光栅M ichelson 干涉仪 江天府1,郝邦元1,江　毅2 (1.中国民用航空飞行学院计算机与信息工程系,四川广汉618307;2.北京理工大学光电工程系,北京100081) 摘　要:提出了一种基于光纤布拉格光栅(光纤光栅)的光纤M ichelso n 干涉仪.它使用光纤光栅作为干涉仪 的反射器,宽带光代替激光作为光源,是一种可以波分复用的M ichelson 干涉仪.用3×3耦合器作为分光器, 并结合软件解调技术从干涉仪的输出信号中解调出了外部振动信号. 关键词:M ichelson 干涉仪;光纤光栅;3×3耦合器 中图分类号:T N 929.11 文献标识码:A 文章编号:1001-6600(2005)01-0099-03 传统的光学干涉仪主要有M ichelson,Mach-Zehnder,Pabry-Perot 和Sagnac 4种基本形式.随着光纤的出现,也出现了对应的4种光纤干涉仪.相对于传统的光学干涉仪,全光纤干涉仪没有光路对准的要求,结构稳定,可以随意搬动.在光纤干涉仪中,一般用耦合器代替传统的半反半透镜,并在光纤端面镀膜来作为反射器. 本文提出了一种用光纤布拉格光栅(光纤光栅,FBG )来作为反射镜的光纤M ichelson 干涉仪.光纤光栅是用紫外光照射光敏光纤,使光纤纤芯的折射率产生周期性变化而形成的一种芯内体光栅[1].它能够反射某一特定波长的光( =2n ,其中n 是纤芯折射率, 是光栅栅距).这种光纤光栅干涉仪与普通的M i-chelson 干涉仪不同之处在于由于反射器具有波长选择特性,因此可以用宽带光作为光源,另外也可以用波分复用技术在2个光臂上复用多个Michelson 干涉仪. 1　实验 这一光纤光栅Michelson 干涉仪的结构如图1所示.它包括了光纤光栅干涉仪和干涉信号的解调系图1　光纤光栅M ichelson 干涉仪系统F ig .1　F iber gr ating M ichelson interferometer 统.在这里,用2只光纤光栅作为反射器,它们的波 长相同 1= 2.光源也不必使用激光器,可用宽带 光源,这里使用超辐射光纤光源(ASE),其光谱如 图2所示.ASE 使用980nm 的泵浦激光,掺铒光纤 12m 长,掺杂浓度 (Er )=0.04%.在驱动电流70 mA 时,光源出光功率为370!W.为了从干涉仪输 出信号中直接解调出外部调制信号,使用3×3耦 合器代替了通常的2×2耦合器作为分光器. 光纤光栅1的中心波长 1=1551.166nm,线 宽? 1=0.247nm,光纤光栅2的中心波长 2=1 551.142nm ,线宽? 2=0.215nm .两光栅中心波 长相距? =0.024nm.我们知道,激光的相干长 度由这个公式确定:L = 2/? . 因此可以得到在这种光纤光栅Michelson 干涉仪中,两干涉臂允许的最大光程差为:

迈克尔逊干涉仪的调节和使用

迈克尔逊干涉仪的调节和使用 迈克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅双光束干涉装置，可以用来研究多种干涉现象，并进行较精密的测量。其在近代物理和近代计量技术中有着重要的应用，如测量标准长度等。从迈克尔逊干涉仪发展而成的各种干涉仪（如泰曼干涉仪），在制造精密光学仪器的工作中应用得相当广泛。 【实验目的】 1．了解迈克尔逊干涉仪的构造，并学会该仪器的调节与使用。 2．用迈克尔逊干涉仪测定钠光的波长。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪、钠灯及其电源、叉丝。 【实验原理】 1．仪器构造简介 实验室中最常用的迈克耳逊干涉仪，其原理图和结构图如图1和图2所示。M 1和M 2 是在相互垂直的 图1 图2 两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺旋，用来调节镜面的方位；M2是固定的，M1由精密丝杆控制，可沿臂轴前后移动，其移动距离由转盘读出。仪器前方粗动手轮分度值为10-2mm，右侧微动手轮的分度值为10-4mm，可估读至10-5mm，两个读数手轮属于蜗轮蜗杆传动系统。在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成45o的平行平面玻璃板P 1 ，且在P1的第二平面上镀以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射 光2，故P 1板又称为分光板。P 2 也是一平行平面玻璃板，与P1平行放置，厚度和折射率均

与P 1相同。由于它补偿了1与2之间附加的光程差，故称为补偿板。 从扩展光源S 射来的光，到达分光板P 1后被分成两部分。反射光1在P 1处反射后向着M 1前进；透射光2透过P 1后向着M 2前进。这两列光波分别在M 1、M 2上反射后沿着各自的入射方向返回，最后都到达E 处。既然这两列光波来自光源上同一点O ，因而是相干光，在E 处的观察者能看到干涉图样。 由于从M 2返回的光线在分光板P 1的第二面上反射，使M 2在M 1附近形成一平行于M 1 的虚像M?2，因而光在迈克耳逊干涉仪中自M 1和M 2的反射，相当于自M 1和M?2的反射。由此可见，在迈克耳逊干涉仪中所产生的干涉与厚度为d 的空气膜所产生的干涉是等效的。 2．实验原理 当M 1和M?2严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。所有倾角为i 的入射光束，由M 1和M?2反射光线的光程差Δ均为 2cos d i ?= （1） 式中i 为光线在M 1镜面的入射角，d 为空气薄膜的厚度，它们将处于同一级干涉条纹，并定位于无限远。这时，在图1中的E 处，放一会聚透镜，在其焦平面上（或用眼在E 处正对P 1观察），便可观察到一组明暗相间的同心圆纹。这些条纹的特点是： 干涉条纹的级次以中心为最高。在干涉纹中心，因i =0，由圆纹中心出现亮点的条件 2d k λ?== （2） 得圆心处干涉条纹的级次 2d k λ = （3） 当M 1和M ′2的间距d 逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如第k 级，必定以以其 cos k i 的值来满足2cos k d i k λ=，故该干涉条纹向k i 变大（cos k i 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/2λ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/2λ。 因此，只要数出涌出或陷入的条纹数，即可得到平面镜M 1以波长λ为单位的移动距离。显然，若有N 个条纹从中心涌出时，则表明M 1相对于M′2移远了 2d N λ ?= （4） 反之，若有N 个条纹陷入时，则表明M 1和M?2移近了同样的距离。根据（4）式，如果已知光波的波长λ，便可由条纹变动的数目，计算出M 1移动的距离和干涉条纹变动的数目，便可算出光波的波长。 2d N λ?= 本次实验每组测量N 取50个条纹的“涌出”或“陷入”，并在迈氏干涉仪上读出12 ,d d ，便 可知d ?的值，则 2 2410 50 d d λ-= ?=???mm 4 410d =???nm 【注意事项】 ①该仪器很精密，各镜面必须保持清洁，切忌用手触摸光学面，精密丝杆和导轨的精度也是很高的，操作时要轻调慢拧。 ②为了使测量结果正确，必须消除螺距差（回程误差），也就是说，在测量前，应将微动手轮按某一方向（例如顺时针方向）旋转几圈，直到干涉条纹开始移动以后，才可开始读数测量（测量时仍按原方向转动）。 ③做完实验后，要把各微动螺丝恢复到放松状态。

迈克尔逊干涉仪的使用实验报告

学生物理实验报告 实验名称迈克尔逊干涉仪的使用 学院专业班级报告人学号 同组人学号 同组人学号 同组人学号 理论课任课教师 实验课指导教师 实验日期 报告日期 实验成绩 批改日期

实验仪器 迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器。 G 处的观察者就能

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＝k λ (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′

迈克尔逊干涉仪的原理与应用

迈克尔逊干涉仪的原理与应用 在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。 由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。这也是绝大多数学生的要求。下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。 一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用 1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度. 纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。采用633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环

规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。 测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。 压电材料的逆压电效应研究：压电陶瓷材料在电场作用下会产生伸缩效应,这就是所谓压电材料的逆压电现象,其伸缩量极微小。将迈克尔逊干涉仪的动镜粘在压电陶瓷片上,当压电陶瓷片受到电激励产生机械伸缩时就带动动镜移动。而动镜每移动λ/2的距离，就会到导致产生或消失一个干涉环条纹，根据干涉环条纹变化的个数就可以计算出压电陶瓷片伸缩的距离。 2. 角度测量[15-16]：刘雯等人依照正弦原理改型设计了迈克尔逊干涉仪，可以完成小角度测量。仪器的两个反射镜由三棱镜代替，反射镜组安装在标准被测转动器件的转动台上。被测转角依照正弦原理转化成反射镜组两个立体棱镜的相应线位移,而后进行干涉测量，小角度干涉仪测角分辨率达到10-3角秒量级。

迈克尔逊干涉仪的调节与使用

迈克尔逊干涉仪的调节与使用 【实验目的】 1学习精密干涉仪的调节与使用。 2 ?观察等倾干涉条纹，加深对干涉理论的理解。 3.学习一种测量光波长的方法。 【实验原理】 干涉仪是根据光的干涉原理制成的。迈克尔逊干涉仪是近代许多干涉仪的典型，用它 可以来测量光波波长和微小长度，检查透镜和棱镜的光学性质，测量各种物镜的像差等。它 在近代物理和近代测量技术中应用甚为广泛。图4-14-1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图。自光源发出的光线，被分光板G i后表面的半透膜分成光强近似相等的两束：反射光（1）和透射光（2）。由于G i与平面镜M i、M2均成45°角，所以，反射光（1）在近于垂直地入射到平面反光镜M i后，经反射又沿原路返回，透过G i到达E处。透射光（2）在透过补偿板G2后，近于垂直地入射到平面镜M2上，经反射又沿原路返回，在分光板后表面反射后向 E 处传播，与光线（i）相遇后形成干涉。 i.等倾干涉图样 当迈克尔逊干涉仪的两个平面镜M i和M2严格垂直，即当M i和M2 （M2经G i膜面反射的像）严格平行时，所得干涉为等倾干涉，其条纹在无限远处。若在E处放置凸透镜，则条纹成像在透镜焦平面上。当M i与M2相距为d，单色光波长为入，光对平面镜的入射角为i 时，等倾干涉图样中的第k级亮条纹满足 2dcoS k=k 入（4-i4-i） 等倾干涉条纹的形状决定于平面镜法线与观察方向的夹角。当此夹角为零时，干涉条纹是一组同心圆，如图4-i4-2所示。同一条纹上的不同点处所对应的入射角i相同，就是入射光线对平面镜的倾角相等，所以这样的干涉条纹叫做等倾干涉条纹。由公式（4-i4-i）可见， i k 越大，即条纹角半径越大，条纹级次k越小。也就是说中央条纹的级次高于外围的条纹级次，中心条纹级次最高。 实验中当M i与M M2平行，M i与M M2的间隔d逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如k 级，它必以减少其cosi k值来保证满足2dcosi k=k入，故该干涉条纹向i k变大（cosi k变小）的方向移动，即向外扩展，中心条纹向外“涌出”。且每当间隔d增加入/2时，中心条纹向外“涌 出”一个。反之，当间隔d由大变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地陷人中心，且每当陷入一个条纹，间隔的改变亦必为入/2。因而当数出“涌出”或“陷入”的中心条纹数目时，即可得到平面镜M i以半波长为单位移动的距离。显然，如果有N个条纹从中心“涌出”或“陷入” 时，贝U表明M i与M2的距离改变量△ d为 图4-i4-i 迈克尔逊干涉仪原理图图4-i4-2 等倾干涉条纹

实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用

实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用 一、实验目的 1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理及结构。 2. 学会迈克尔逊干涉仪的调整，基本掌握其使用方法。 3. 观察各种干涉现象，了解它们的形成条件。 二、实验仪器 1. WSM-200型迈克尔逊干涉仪一台 2. HNL-55700多束光纤激光源一台 三、实验原理 3.1 迈克耳孙干涉仪的构造 图1为迈克尔逊干涉仪的结构示意图。 图1 迈克尔逊干涉仪的结构示意图

仪器包括两套调节机构，第一套调节机构是调节反光镜1的位置。旋转大转轮和微调转轮经转轴控制反光镜1在导轨上平移；第二套调节机构是调节反光镜1和反光镜2的法线方向。通过调节反光镜1、2后面的调节螺钉以及反光镜2的两个方向拉杆来控制反光镜的空间方位。 在仪器的中部和中部偏右处，分别固定安装着分光镜和补偿片，其位置对仪器的性能有重要影响，切勿变动。在补偿片的右侧是反射镜2，它的位置不可前后移动，但其空间方位是可调的。 反射镜1和反射镜2是通过金属弹簧片以及调节螺钉与支架弹性连接的，调节反射镜支架上的三颗调节螺钉，改变弹簧片的压力，从而改变反射镜面在空间的方位。显然，调节螺丝钉过紧或太松，都是不利于调节反射镜方位的错误操作。 反射镜1在导轨上的位置坐标值，由读数装置读出。该装置共有三组读数机构：第一组位于左侧的直尺C 1，刻度线以mm 为单位，可准确读到毫米位；第二 组位于正面上方的读数窗C 2，刻度线以0.01mm 为单位，可准确读出0.1和0.01 毫米两位；第三组位于右侧的微动转轮的标尺C 3，刻度线以0.0001mm 为单位， 可准确读0.001和0.0001毫米两位，再估读一位到0.00001毫米。实际测量时，分别从C 1、C 2各读得2位数字、从C 3读得3 位（包括1位估读）数字，组成一个7位的 测量数据，如图2所示。可见仪器对位移量 的测定精度可达十万分之一毫米，是一种非 常精密的仪器。务必精细操作，否则很容易 造成仪器的损坏！ 图2 关于M1位置读数值的组成方法 3.2 迈克耳孙干涉仪的原理 迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生的双光束干涉，其光路图如图3所示。G 1的半透半反射膜将入射光束分成振幅几乎相等的两束光（1）和（2），光束（1）经M 1反射后透过G 1，到达观察点E ；光束（2）经M 2反射后再经G 1的后表面反射后也到达E ，与光束（1）′会合干涉。补偿板G 2的作用是保证在M 1A 与M 2A 距离相等时，光束（1）和（2）有相等的光程。图3中的M 2′是M 2镜通过G 1反射面所成的虚像，因而两束光在M 1与M 2上的反射，就相当于在M 1与M 2′镜上的反射。这种干涉现象与厚度为d 的空气膜产生的干涉现象等效。改变M 1

迈克尔逊干涉仪的调节与使用

实验三十四 迈克尔逊干涉仪的调节与使用 迈克尔孙干涉仪是1880年美国物理学家迈克尔孙设计、制作的精密光学仪器，是许多近代干涉仪的原型。它利用分振幅法产生双光束以实现光的干涉，可以用它来观察光的等倾、等厚和多光束干涉现象，测定单色光的波长和光源的相干长度等。在近代物理和计量技术中有广泛的应用。 一 实 验 目 的 （1）了解迈克尔孙干涉仪的结构、原理。 （2）利用迈克尔孙干涉仪观察干涉现象。 （3）利用迈克尔孙干涉仪测He-Ne 激光的波长。 二 实 验 原 理 迈克尔孙干涉仪原理图如图35-1所示，在图中：S 为光源，G 1为半镀银板（使照在上面的光线既能反射又能透射，而这两部分光的强度又大致相等），G 2为补偿板，材料与厚度均与G 1板相同，且与G 1板平行。M 1、M 2为平面反射镜。 光源S 发出的He-Ne 激光经会聚透镜L 扩束后，射向G 1板。在半镀银面上分成两束光：光束（1）受半镀银面反射折向M 1镜，光束（2）透过半镀银面射向M 2镜。二束光仍按原路反回射向观察者E （或接收屏）相遇发生干涉。 G 2板的作用是使（1）、（2）两光束都经过玻璃三次，其光程差就纯粹是因为M 1、M 2镜与G 1板的距离不同而引起。 由此可见， 这种装置使相干的光束在相干之前分别走了很长的路程，为清楚起见，光路可简化为如图 2 所 示，观察者自E 处向G 1板看去，直接看到M 2镜在G 1板的反射像， 此虚像以M 2'表 示。对于观察者来说，M 1、M 2镜所引起的干涉，显 然与M 1、M 2'之间的空气层所引起的干涉等效。因此在考虑干涉时， M 1、M 2'镜之间的空气层就成为仪器的主要部分。本仪器设计的优 点也就在于M 2'不是实物，因而可以任意改变M 1、M 2'之间的距离——可以使M 2'在M 1镜的前面或后面，也可以使它们完全重叠或相交。 1. 等倾干涉 当M 1、M 2'完全平行时，将获得等倾干涉，其干涉条纹的形状决定于来自光源平面上的入射角i （如图35-3所示），在垂直于观察方向的光源平面S 上，自以O 点为中心的圆周上各点发出的 光以相同的倾角k i ，入射到M 1、M 2'之间的空气层，所以它的干涉图样是同心圆环，其位置取决于光程差?L 。 从图3 看出： k i e L cos 2=? (1) 当 2e cos k i = k λ（k =1，2，3，…） 时看到一组亮圆纹。相邻两条纹的角距离为： k k k k ei i i i 21λ -≈-=?+ (2) 当眼盯着第K 级亮圆纹不放，改变M 1与M 2'的位置，使其间 2 E 图2 迈克尔孙干涉仪简化光路图 E 激光器图 1 迈克尔孙干涉仪原理图