§9-4　迈克耳孙干涉仪

迈克耳孙（A.A.Michelson，1852—1931）干涉仪是用分振幅法产生两束相干光，从而实现干涉的一种精密光学仪器。它在科学技术方面有着广泛而重要的应用。

图9-16所示是迈克耳孙干涉仪的结构示意图。M₁与M₂是在相互垂直的两臂上安装的两面相互垂直的平面反射镜，其中M₁是固定的，M₂用螺旋丝杆控制，可做微小移动。G₁与G₂是两块材料相同、厚度均匀且相等的平面平行玻璃片。在G₁的一个表面上镀有半透明的薄银层（图中用粗线标出），称为分束板，平行玻璃片G₁、G₂与反射镜M₁和M₂倾斜成45°角。当光源发出的单色光线，经透镜L后，变成平行光入射到G₁的半透明表面上后，被分成相互垂直的两部分。一部分被G₁的薄银层反射到M₂，用光线2表示，经M₂反射后，穿过G₁，标记为光线2′向Z处传播；另一部分穿过G₁的薄银层及G₂后向M1传播，以光线1表示，经M1反射后，穿过G₂再经G₁的薄银层反射，标记为光线1′也向Z处传播。显然光线1′和光线2′是两条相干光线，在Z处可以看到干涉条纹。

设置G₂的目的是使光线1、2都分别两次穿过等厚度且同样材料的玻璃片G₁与G₂，以消除两路光线所经路程的不对称而引起较大的光程差，因此，玻璃片G₂称为补偿玻璃。(www.daowen.com)

设想M₁′是反射镜M₁在G₁的镀银层中所形成的虚像。因为虚像M₁′和反射镜M1相对镀银层是对称的，所以虚像M₁′应在M₂附近。来自M₁的反射光线1′，可以看做是M₁′处反射的。从而在Z处观测的M₁和M₂反射的两束光干涉，就可等效地看成是M₁′和M₂之间的一层空气膜的两个表面反射光的干涉。如果M₁和M₂严格的相互垂直，则M₁′和M₂严格平行。干涉条纹为同心的等倾干涉条纹；若M₁和M₂不严格相互垂直，那么，相应的M₁′和M₂就不会严格的平行，M₁′和M₂形成的空气层厚度不均匀。来自M₂和M₁′的光线2′和1′的干涉，将类似于劈尖干涉。

干涉条纹的位置由光程差决定，只要光程差有微小的变化，干涉条纹便会发生可鉴别的移动。每当M₂平移/2的距离时，视场中将看到一条明条纹移动。所以数出视场中明条纹移动的数目ΔN，就可算出M₂的平移距离：

式（9-26）指出，利用光的波长可以测量长度和厚度的微小变化；也可以利用已知波长测量介质的折射率。迈克耳孙和他的合作者曾用他们自己设计的干涉仪测量地球相对于“以太”的绝对运动和研究光谱的精细结构，并且测量了保存在巴黎的标准米尺，测量的长度相当于倍红镉线波长（红镉线=643.8472nm）。迈克耳孙等人的一系列实验，对近代物理和近代计量技术作出了重要贡献。