全国服务咨询热线：
18861577951
18861577951
导语
提到迈克尔逊干涉仪（Michelson Interferometer），光学人的第壹反应往往是那个声名远扬的“迈克尔逊-莫雷实验"，或者是引力波探测器LIGO的核心原理。
作为一种利用分割光波振幅产生干涉的精密仪器，它在微小位移测量、折射率测定以及波长测量中有着不可替代的地位。但在实际科研或教学中，购买一台封装好的商用干涉仪往往价格不菲，且内部结构封闭，不利于理解光路细节。
有没有可能利用实验室现有的标准光学元件，快速、低成本地搭建一套高精度的迈克尔逊干涉仪？
答案是肯定的。今天，我们将分享一份详细的搭建与调校指南，教你如何利用标准组件（如Edmund Optics的标准件）在任何实验室环境中复现这一经典光路。
01. 核心原理：干涉是如何发生的？
在动手之前，我们先快速回顾一下核心机制。
迈克尔逊干涉仪的设计精妙而简单：
1.分束： 利用分束器（Beamsplitter）将一束相干光（通常是激光）一分为二。
2.反射： 两束光分别经过不同路径，被两面反射镜反射回来。
3.合束： 返回的光束在分束器处重新汇聚。
关键点： 如果两束光的光程差小于光源的相干长度（Coherence Length），它们就会发生干涉，形成明暗相间的条纹。
正是因为光源的相干长度可能极短，这对我们的组件精度和光路对准提出了较高的要求。
02. 准备工作：你需要哪些“乐高积木"？
为了简化采购流程，本方案全部采用标准现货组件。以下是核心BOM清单：
1.基础机械件：
• 光学导轨 (100mm) x 5：用于构建光路骨架。
• 面包板 (300x300mm) x 1：稳固的基底。
• 接杆与支架：包括紧凑型滑块、接杆支架及不锈钢接杆（各5套）。
2.核心光学件：
• 分束立方 (25mm, 50R/50T) x 1：光路的心脏，建议选择消偏振或标准50/50分束。
• λ/10 反射镜 (25.4mm, 保护性银膜) x 2：高面型精度是产生清晰条纹的保证。
• 光源：520nm 绿光激光器（1mW或10mW）。注：二极管激光器的相干性足以满足演示需求。
3.观察与扩束组件：
• 平凹透镜 (-25mm FL) x 1：用于扩束，放大干涉条纹。
• 白色漫射玻璃 x 1：作为观察屏。
03. 实战演练：七步搭建法
第壹步：构建光学底座
地基不牢，地动山摇。将5根100mm的光学导轨固定在面包板上。
• 布局建议： 形成一个“T"字形或十字形结构，确保有一条连续的导轨作为主光路（包含激光、分束器、反射镜1、扩束镜和观察屏）。
图 1：安装在光学平台上的紧凑型光学导轨。
第二步：安装支架组件
将接杆支架（Post Holder）安装在紧凑型滑块（Carrier）上。这种组合允许你在导轨上自由滑动组件，进行粗调。
图 2：连接支杆座与紧凑型滑块的内六角圆柱头螺钉。
图 3：安装在紧凑型滑块上的支杆座。
第三步：光源就位
将激光器安装在运动调整架（Kinematic Mount）中。
• 安全提示： 如果使用10mW激光器，建议通过软件或衰减片将功率降至1mW左右，保护眼睛。
• 安装技巧： 使用适配器确保激光器居中夹持。
图 4：安装在位移台（Kinematic Mount）上的激光器。
图 5：连接到激光器位移台的支杆。
第四步：反射镜组件（关键！）
将两片λ/10反射镜分别安装在运动调整架上。
• 专家建议： 强烈建议在接杆上使用Post Collar。这样在旋转或移动反射镜时，可以保持高度不变，极大降低后续调校难度。
图 6：带有轴环的 M6 螺纹支杆，旋入装有反射镜的 E 系列运动学安装座中。
第五步：初步对准（粗调）
这是最考验耐心的一步。
1.将激光器和第壹个反射镜（M1）安装在主导轨两端。
2.调整M1的角度，使反射光束原路返回，直接打在激光器的出光口上（Back Reflection）。
• 注：低功率下，少量回光不会损坏二极管激光器。
3.移开M1（利用Post Collar保持高度），换上第二个反射镜（M2），重复上述步骤。
图 7：第壹面反射镜的对准
图 8：对准第二面反射镜
第六步：安装分束器
安装分束立方（Beamsplitter Cube）。
• 操作规范： 请务必佩戴指套！指纹是光学的噩梦。
• 位置： 将分束器置于光路交叉点，确保50%的光被反射到侧向的M2，50%透射到M1。
图 9：分光棱镜的放置
图 10：安装好夹具的棱镜调整架
第七步：扩束与观察
在分束器和观察屏之间插入平凹透镜（扩束镜）。
• 为什么需要扩束？ 原始激光束很细，扩束后可以将干涉图样放大，投射在漫射玻璃上，形成肉眼可见的同心圆环。
图 11：最终的装置搭建与光路对准。
04. 究极调校：如何看到清晰的条纹？
当你完成上述步骤，可能还看不到没有缺陷的干涉条纹。这时候需要微调：
1.寻找重合点： 观察屏幕上的两个光斑。调节反射镜的旋钮，使两个光斑尽数重合。
2.精细扫描： 当光斑重合时，你应该能看到明暗闪烁。轻轻微调其中一个反射镜的角度，直到出现清晰的**同心圆环（牛顿环）**或直条纹。
3.动态演示： 轻轻按压面包板，或者微调反射镜在导轨上的位置（改变光程差），你会看到条纹在“吞吐"或移动。
05. 进阶应用：这台设备能做什么？
搭建完成不是终点，而是实验的起点。这台自制的迈克尔逊干涉仪可以进行多种精密测量：
• 微小位移测量：通过计算条纹移动的数量N，可以反推反射镜的位移量Δd。公式为：λ=2⋅Δd / N这意味着，你拥有了一把精度达到纳米级的尺子！
• 折射率测量：在其中一条光臂中插入透明薄片或气体室，观察条纹移动，即可计算出介质的折射率变化。
• 波长测量：已知位移量，反推未知光源的波长。
结语
通过标准化的光学元件，我们不仅在实验室复现了经典的物理实验，更掌握了一套高精度的测量工具。相比于昂贵的黑盒子仪器，这种模块化的搭建方式让光路清晰可见，更易于根据实验需求进行改装（例如升级为马赫-曾德尔干涉仪）。
动手搭建的过程，本身就是对光学原理最深刻的理解。
如果你在搭建过程中遇到任何对准问题，或者需要更详细的选型建议，欢迎在后台留言与我们交流！
【行动号召】
扫描下方二维码联系客服，获取本实验完整的BOM清单及CAD图纸。
互动话题：你在光学实验中遇到过最难调的光路是什么？欢迎在评论区吐槽分享！
扫一扫，关注微信
当前位置：