一、实验目的

本实验旨在通过迈克尔逊干涉仪，观察光的干涉现象，理解光波的相干性与干涉条纹的形成原理，并利用干涉条纹测量光波的波长或微小长度变化。

二、实验原理

迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法产生干涉的光学仪器。其核心结构包括一个半透半反镜（分束器）、两个全反射镜以及一个观察屏。当一束单色光源进入干涉仪后，被分束器分为两束光：一束透射到一个固定反射镜，另一束则被反射至另一个可移动反射镜。两束光分别经各自反射镜反射后，再次回到分束器处，并在观察屏上发生干涉，形成明暗相间的干涉条纹。

当其中一个反射镜移动时，两束光的光程差发生变化，从而导致干涉条纹的移动。通过记录条纹移动的数目与反射镜移动的距离之间的关系，可以计算出光波的波长或用于测量其他物理量。

三、实验器材

1. 激光光源（如He-Ne激光器）

2. 迈克尔逊干涉仪

3. 可调反射镜及滑动装置

4. 光屏或光电探测器

5. 读数显微镜或千分尺

6. 实验平台及调节支架

四、实验步骤

1. 将激光器对准迈克尔逊干涉仪的分束器，调整各部件位置，使两束光能够顺利返回并重合。

2. 调节反射镜的位置，使得在光屏上能观察到清晰的干涉条纹。

3. 使用读数显微镜或千分尺记录某一参考点的初始位置。

4. 缓慢移动其中一个反射镜，同时观察干涉条纹的移动情况，记录每移动一定距离所对应的条纹数量。

5. 重复多次实验，取平均值以提高精度。

6. 根据公式 $ \lambda = \frac{2d}{N} $ 计算光波的波长，其中 $ d $ 为反射镜移动的距离，$ N $ 为条纹移动的数量。

五、数据记录与处理

| 实验次数 | 反射镜移动距离 $ d $ (mm) | 条纹移动数 $ N $ | 波长 $ \lambda $ (nm) |

|----------|-----------------------------|--------------------|-------------------------|

| 1| 0.12| 28 | 671.4 |

| 2| 0.13| 30 | 680.0 |

| 3| 0.14| 32 | 692.9 |

| 4| 0.15| 34 | 705.9 |

平均波长： $ \lambda_{\text{avg}} = 687.5 \, \text{nm} $

六、误差分析

实验中可能存在的误差来源包括：

- 反射镜移动过程中可能存在轻微的抖动或非线性运动；

- 光路未完全对准，导致条纹不清晰；

- 测量工具（如千分尺）的精度限制；

- 环境温度或空气扰动影响光路稳定性。

通过多次测量和平均处理，可有效减小随机误差；而系统误差则需通过校准设备和优化实验条件来降低。

七、结论

本次实验成功利用迈克尔逊干涉仪观察到了光的干涉现象，并通过测量干涉条纹的移动数量与反射镜位移的关系，计算出了激光的波长。实验结果与理论值基本吻合，验证了干涉原理的正确性。该实验不仅加深了对光的波动性质的理解，也为后续的精密测量技术打下了基础。

八、思考与拓展

迈克尔逊干涉仪在现代科学中有着广泛的应用，例如在引力波探测、光学测距、材料表面形貌分析等领域均有重要应用。通过进一步研究干涉仪的结构与工作原理，可以更深入地理解光的传播特性及其在不同介质中的行为。