北航物理实验研究性报告是对物理实验过程、结果及分析的系统性总结，旨在培养学生的科学探究能力、数据处理能力和创新思维，以下以“迈克尔逊干涉仪测量激光波长及介质折射率”实验为例,详细阐述实验研究过程。
实验目的与原理
实验目的
（1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法及干涉条纹的观察技巧；
（2）利用干涉条纹“冒出”或“缩入”现象，测量He-Ne激光波长；
（3）通过在光路中加入介质薄片，测定薄片的折射率。
实验原理
迈克尔逊干涉仪基于分振幅干涉原理，由分束镜、反射镜M1和M2、补偿板及观察屏组成，当激光经分束镜分为两束，分别垂直射向M1和M2后反射，在观察屏相遇产生干涉，若M1和M2严格垂直，则等效为空气薄膜干涉，当M1移动距离Δd时，光程差变化2Δd，干涉条纹移动N条，满足关系式：
[ \lambda = \frac{2\Delta d}{N} ]
通过测量Δd和N，可计算波长λ。
当在M1前放入厚度为h、折射率为n的介质薄片时，光程差变化为2(n-1)h，条纹移动数N'与折射率关系为：
[ n = 1 + \frac{N'\lambda}{2h} ]
实验仪器与步骤
实验仪器
迈克尔逊干涉仪（型号WSM-100）、He-Ne激光器（波长632.8nm）、扩束镜、介质薄片（厚度h=0.300mm）、读数显微镜、千分尺等。
实验步骤
（1）仪器调节：开启激光器，调节M1和M2背后的螺丝，使观察屏上出现清晰的等倾干涉圆环，且中心条纹无弯曲。
（2）波长测量：转动微调手轮，使M1移动，记录条纹“冒出”或“缩入”50条时M1的位置读数d1、d2…（共6组），计算Δd和λ。
（3）折射率测量：将介质薄片放入M1光路，重新调出干涉条纹，记录条纹移动100条时M1的位置变化Δd'，代入公式计算n。
数据记录与处理
激光波长测量数据
表1：M1位置与条纹移动数关系
| 条纹移动数N（条） | 位置读数d_i（mm） | Δdi = d{i+3} - d_i（mm） |
|---|---|---|
| 0 | 1253 | |
| 50 | 1378 | 0250 |
| 100 | 1504 | 0251 |
| 150 | 1630 | |
| 200 | 1756 | 0253 |
| 250 | 1881 | 0251 |
数据处理：
平均Δd = (0.0250 + 0.0251 + 0.0253 + 0.0251)/4 = 0.025125 mm
λ = 2Δd / N = 2×0.025125×10^{-3} / 150 = 633.0×10^{-9} m
介质折射率测量数据
条纹移动数N'=100，Δd'=0.0317 mm，已知λ=633.0 nm，h=0.300 mm：
[ n = 1 + \frac{100×633.0×10^{-9}}{2×0.300×10^{-3}} = 1.1055 ]
误差分析
（1）系统误差：仪器精度限制（千分尺最小分度0.01mm）；
（2）随机误差：条纹计数误差、M1移动方向不连续导致的位置读数偏差；
（3）结果对比：标准He-Ne激光波长632.8nm，测量值相对误差0.03%；折射率参考值1.105，测量值相对误差0.05%。
实验讨论与结论
关键问题分析
（1）干涉条纹调节技巧：需通过粗调使M1和M2反射光斑重合，再微调螺丝直至出现圆环状条纹，避免因条纹过密或过疏导致计数困难。
（2）系统误差修正：千分尺存在零点误差，需提前校准；测量Δd时采用逐差法减小随机误差。
（1）成功测量He-Ne激光波长为633.0 nm，与理论值吻合；
（2）介质薄片折射率为1.1055，实验结果可信。
（3）迈克尔逊干涉仪的高精度测量特性验证了光的波动性，为后续光学实验奠定基础。
相关问答FAQs
Q1：迈克尔逊干涉仪调节时，为何会出现椭圆形干涉条纹？如何调整为圆形条纹？
A1：椭圆形条纹表明M1和M2不完全垂直，两反射镜的法线存在微小夹角，调节方法：微调M2背后的水平或垂直螺丝，同时观察条纹变化，直至椭圆逐渐收缩为圆环状，且中心条纹稳定无漂移。
Q2：测量介质折射率时，若放入薄片后条纹移动方向与预期相反，可能的原因是什么？
A2：可能原因包括：（1）薄片未垂直放置于光路中，导致光程差变化异常；（2）M1移动方向与条纹计数方向不一致，需重新确认“冒出”或“缩入”条纹与M1位移的对应关系；（3）薄片表面存在反射或吸收干扰,需选用光学性能更优的介质样品。
