實(shí)驗(yàn)十一用邁克爾遜干涉光路測(cè)空氣折射率光的干涉是重要的光學(xué)現(xiàn)象之一，是光的波動(dòng)性的重要實(shí)驗(yàn)根據(jù)。兩列頻度相同、振動(dòng)方向相同和位相差恒定的相干光在空間相交區(qū)域?qū)?huì)發(fā)生互相強(qiáng)化或減緩現(xiàn)象，即光的干涉現(xiàn)象。光的波長(zhǎng)其實(shí)很短(410－７～810－７之間)，但干涉白色的寬度和白色數(shù)卻很容易用光學(xué)儀器測(cè)得。按照干涉白色數(shù)量和寬度的變化與光程差、波長(zhǎng)等的關(guān)系式，可以推出微小厚度變化(光波波長(zhǎng)數(shù)目級(jí))和微小角度變化等，因而干涉現(xiàn)象在拍照技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、平面角測(cè)量技術(shù)、材料撓度及形變研究等領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用。相干光源的獲取除用激光外，在實(shí)驗(yàn)室中通常是將同一光源采用分波陣面或分振幅種方式獲得，并使其在空間經(jīng)不同路徑會(huì)合后形成干涉。邁克爾遜干涉儀是1883年德國(guó)化學(xué)學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計(jì)制造下來(lái)的精密光學(xué)儀器。它是借助分振幅法形成雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉。在近代化學(xué)和近代計(jì)量技術(shù)中，如在波譜線(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究和用光波標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)米尺等實(shí)驗(yàn)中都有著重要的應(yīng)用。借助該儀器的原理，研發(fā)出多種專(zhuān)用干涉儀。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握邁克爾遜干涉光路的原理和調(diào)節(jié)方式。2、學(xué)會(huì)調(diào)出非定域干涉白色、等傾干涉白色、等厚干涉白色。
3、學(xué)習(xí)借助邁克爾遜干涉光路檢測(cè)常溫下空氣的折射率。二、實(shí)驗(yàn)儀器He-Ne激光器及電源，擴(kuò)束鏡（短焦距凸透鏡），全反鏡，濕度計(jì)，小孔光闌，密封玻璃管，氣壓計(jì)等。三、實(shí)驗(yàn)原理1、邁克爾遜干涉光路圖11.1是邁克爾遜干涉光路原理圖，從光源S發(fā)出的一束光射到分束板后表面鍍有半反射膜（通常鍍金屬銀）光的折射實(shí)驗(yàn)儀器，光在半反射膜上反射和透射，被分成光強(qiáng)接近相等的兩束光，一束為反射光1，一束為透射光2。當(dāng)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處。因?yàn)榉瓷涔?和透射光2，起著補(bǔ)償光束2的光程的作用。若果沒(méi)有則光束1會(huì)三次經(jīng)過(guò)玻璃板，而光束2只經(jīng)過(guò)玻璃板一次。的存在致使光束1、2經(jīng)過(guò)玻璃板的光程相等，因而使光束1、2的光程差只由其幾何路程決定。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)采用相干性挺好的激光，故補(bǔ)償板并不重要。但若果使用的是單色性不好、相干性較差的光源，如鈉光燈或汞燈，甚至白熾燈，就成為必需的了。這是由于波長(zhǎng)不同的光折射率不同，由分光板能同時(shí)滿(mǎn)足那些不同波長(zhǎng)的光所需的不同光程補(bǔ)償。11.1邁克爾遜干涉原理圖2、干涉圖樣′反射而至的，因而可以把它們形成的干涉等效為M′之間的空氣薄膜所形成的干涉來(lái)剖析研究。（1）點(diǎn)光源的非定域干涉如圖11.2所示。
激光束經(jīng)短焦距凸透鏡會(huì)聚后可得點(diǎn)光源S，它發(fā)出球面波經(jīng)G′發(fā)出的球面波，在它們能相遇的空間里處處相干，即各處都能形成干涉格子。因而在這個(gè)光場(chǎng)中的任何地方放置毛玻璃屏都能觀(guān)察到干涉白色。我們稱(chēng)這些干涉為非定域干涉。隨著S的連線(xiàn)垂直時(shí)（此時(shí)M′連線(xiàn)和屏H的交點(diǎn)O的距離大體相等，且它們之間有一小傾角）將得到直線(xiàn)白色。其他情況下將得到橢圓、雙曲線(xiàn)干涉白色。11.2非定域干涉光路圖11.3非定域圓白色的特點(diǎn)剖析圖下邊剖析非定域圓白色的特點(diǎn)（如圖11.3所示）。′到屏上任一點(diǎn)P的光程差為因?yàn)楸容^小，所以有越小，k越大。即緊靠中心的白色干涉級(jí)次高，緊靠邊沿(r大)的白色干涉級(jí)次低。（3.2）兩式相加，得干涉白色寬度越大。（c）白色的“吞吐”。平緩聯(lián)通M鏡，改變d，可看到干涉白色的“吞”、“吐”現(xiàn)象。這是由于對(duì)于某一特定級(jí)次為k小，可以見(jiàn)到白色“吞”的現(xiàn)象。在圓心處，有，所造成干涉白色“吞”或“吐”的數(shù)量N所以，若已知波長(zhǎng)，就可以從白色的“吞”“吐”的數(shù)量N，求得M和白色的“吞”“吐”數(shù)目N，則由上式可求得波長(zhǎng)′互相平行時(shí)，用擴(kuò)充光源照射。對(duì)于夾角相同的各光束，由上下兩表面反射而產(chǎn)生的兩相干光束，其光程差均為因而產(chǎn)生同一級(jí)干涉粉色。
用人眼直接觀(guān)察，或放一會(huì)聚透鏡在其后焦面上用屏去觀(guān)察，可以見(jiàn)到一組同心圓環(huán)。每一個(gè)圓各自對(duì)應(yīng)一恒定的夾角，所以這些干涉稱(chēng)為等傾干涉。等傾干涉白色定域于無(wú)窮遠(yuǎn)。在這種同心圓狀干涉白色中，以圓心處級(jí)別最高，此時(shí)減小時(shí)，圓心處干涉白色的級(jí)次越來(lái)越高，可以看見(jiàn)圓環(huán)狀白色一個(gè)一個(gè)從中心“吐”出來(lái)的現(xiàn)象；反之，當(dāng)d減少時(shí)，可以看見(jiàn)圓環(huán)狀白色一個(gè)一個(gè)從中心“吞”進(jìn)去。每“吞”進(jìn)或則“吐”出一條白色時(shí)，d就減小或則減少上式表明：當(dāng)d一定時(shí)，越緊靠中心的干涉圓環(huán)(即越大，即干涉白色中間稀邊沿密。當(dāng)一定時(shí)，d越小，越大，即干涉白色隨著d的減少而顯得稀疏?！渲g所產(chǎn)生的空氣層很薄時(shí)，用擴(kuò)充光源照明都會(huì)出現(xiàn)等厚干涉白色。由于等厚干涉白色定域在鏡面附近，若用耳朵直接觀(guān)察，應(yīng)將耳朵聚焦在鏡面附近。當(dāng)角度很小時(shí)，由上下兩表面反射而產(chǎn)生的兩相干光束，其光程差仍可近似地表示為后表面未鍍半反射膜，則有半波損失，M后表面鍍半反射膜（銀或鋁或多層介質(zhì)膜），則情況比較復(fù)雜，M′的相交處的干涉白色就不一定是最暗的。因?yàn)槭怯邢薜模ㄈQ于反射鏡對(duì)耳朵的張角，通常比較小），所以可以忽視，光程差主要取決于長(zhǎng)度d光的折射實(shí)驗(yàn)儀器，空氣層寬度相同的地方光程差相同，所以觀(guān)察到的白色是平行于交棱的等間隔分布的直線(xiàn)白色。
而在遠(yuǎn)離交（與波長(zhǎng)大小可比）項(xiàng)的作用不可忽視，而同一條干涉白色對(duì)應(yīng)的光程差應(yīng)相等，因而在較大的地方必需要通過(guò)減小d來(lái)補(bǔ)償。所以同一條干涉白色在逐步減小的地方必需要向d減小的方向聯(lián)通，致使干涉白色漸漸弄成圓弧，并且彎曲的方向是凸向交棱的方向。3、邁克爾遜干涉法測(cè)空氣折射率如圖11.4所示。當(dāng)光束垂直入射至M上介質(zhì)的折射率。設(shè)單色光在真空中的波長(zhǎng)為λ，當(dāng)δ=kλ，k=0,1,2,3,?時(shí)，干涉強(qiáng)化，相應(yīng)接收屏中心的光強(qiáng)為極大。由式（6）知，兩束相干光的光程差不但與幾何路程有關(guān)，還與路程上介質(zhì)的折射率有關(guān)。若氣室外二氧化碳折射率改變量為Δ氣室的寬度)，進(jìn)而導(dǎo)致干涉圓環(huán)“涌出”或“縮進(jìn)”N條，則有11.4檢測(cè)空氣折射率實(shí)驗(yàn)原理圖若果先將氣室抽成真空，這時(shí)對(duì)光的折射率是1，之后平緩充氣，使管內(nèi)二氧化碳的浮力到