摘要
Michelson干涉仪是依据分振幅产生双光束实现干涉的原理精心设计的精密测量装置，可观察到同心圆环状等倾干涉条纹，根据条纹的移动距离和干涉特性精确测量长度，根据干涉环的形状确定系统的光学特征。
关键词
Michelson干涉仪 双光束 干涉 精确测定长度 光程差
正文
MichelsonMichelson于1881年为测量光速依据分振幅产生双光束实现干涉的原理精心设计的精密测量装置，设计精巧应用广泛，不但完成了在相对论研究中有重要意义的“以太”漂移实验，还衍生发展出许多现代干涉仪。
Michelson干涉仪的基本结构和光路如图，分光板G1与补偿板G2是两块折射率厚度都完全相同的平行片面玻璃板。G1背面涂有半反射层，可使入射光分成强度相等的反射光和透射光，故名分光板。G2为使两束相干光 通过玻璃板的次数相同（使光程差不致过大）而设置 ，故称为补偿板。平面反射镜M1与M2基本垂直，并G1与G2成45°，M1可通过精密丝杠杆沿导轨前后平移。
Michelson干涉仪光路图
Michelson干涉仪的基本原理是：从扩展光源S发出的光在G1
面分成两路，分别在M1与M2上反射后回到G1面，再进入接受系统，因此是分振幅干涉，干涉条纹取决于两路的光程差。
从接受系统处观察，除看到M1镜外还可以通过G1的半反射膜看到的M2虚像M2`，M1与M2镜所引起的干涉显然M1与M2`引起的干涉等效，M1与M2`形成了空气薄膜，因M2`不是实物，故可方便的改变薄膜厚度（即M1与M2`的距离），甚至可以使M1与M2`重叠和相交。M1和M2严格垂直时，M1 和 M2′严格平行 ，相当于平行平面薄膜的两个表面 ，接受系统处将观察到同心圆环状等倾干涉条纹。
可见这种装置使相干的两束光在相遇之前走过的路程相当长，而且其路径相互垂直分的很开，在某一镜前还可以放置其他被研究的物体，这些都为其广泛应用提供了方便。
反射镜M1可借助于精密螺栓在导轨上前后移动，移动距离可精确读出。M1移动时相当于连续改变M1和M2′间的距离，干涉条纹将跟着移动 。在视场中心设置参考标记，当有Δk个条纹移过参考标记时 ，M1 移动的距离Δt＝ （λ／2）Δk，λ为波长 。只要数出移过参考标记的条纹数，由此式即可算出移动的距离，故迈克耳孙干涉仪可用来精确测定长度。
Michelson干涉仪的应用:当光程差为波长的十分之一时，就能观察到干涉条纹的移动，因此可以利用迈克耳孙干涉仪测量微小的长度；
在光谱学中，可以精确地测定光谱线的波长及其精细结构；在天文学中，可测定远距离星体的直径以及检查透镜和棱镜的光学质量等等。
n
透明薄片折射率或厚度的测量
l
白光干涉条纹
干涉条纹的明暗决定于光程差与波长的关系，用白光光源，只有在d=0的附近才能在M1 和 M2′交线处看到干涉条纹，这时对各种光的波长来说，其光程差均为
（反射时附加），故产生直线黑纹，即所谓中央黑纹，两旁有对称分布的彩色条纹。d稍大时，因对各种不同波长的光满足明暗条纹的条件不同，所产生的干涉条纹明暗互相重叠，结果就显不出条纹来。只有用白光才能判断出中央条纹，利用这一点可以定出d=0的位置。
当视场中出现中央条纹后，在M1与A之间放入折射率为n、厚度为l的透明物体，则此时光程差要比原来增大ΔL＝2l(n-1)，因而中央条纹移出视场范围。如果将M1向A前移d，使
（反射时附加），则中央条纹会重新出现，测出d及l，可由下式d=l(n-1)，求出折射率n。
n
点光源产生的非定域干涉
一个点光源发出的光束经干涉仪的等效薄膜表面反射后，相当于有两个虚光源发出的相干光束。若原来空气膜厚度为h，则两个虚光源之间的距离为2h，显然只要反射面足够大，在点光源同侧的任一点，总能有虚光源的干涉光线相交，从而可以观察到干涉现象，因而这种干涉是非定域的。
光程差Δ＝
。
在δ＝0处，即干涉环的中心处光程差有极大值，即中心处干涉级次最高。如果中心处是亮的，则Δ1＝2h1＝mλ.若改变光程差，使中心处仍是亮的，则Δ2＝2h2＝（m+n）λ。得Δh= h2－h1＝0.5nλ，即M1与M2之间的距离每改变半个波长，其中心就吞吐一个圆环。增大则吐，减小则吞，同时条纹间隔（即条纹的稀疏）也就可以发生变化。只要读出干涉仪中M1移动的距离Δh和数出相应吞吐的环数求得波长。
结论
Michelson干涉仪用分振幅的方法获得相干光，设计精巧应用广泛，是精密测量技术的重要分支和典型体现。Michelson和Morley曾利用此装置一起完成了在相对论研究中有重要意义的“以太”漂移试验。结合激光的利用，干涉测量技术得到长足发展，在许多实验科学领域已成为重要手段。
参考文献
(1)《大学物理实验第二册》，谢行恕、康士秀、霍剑青，高等教育出版社
(2)《光学》，郭光灿、庄象萱，高等教育出版社
