迈克尔逊干涉仪的调节和使用
数过一百条条纹，让动镜位移给出激光波长。
迈克尔逊干涉仪把动镜的微小位移放大为可计数的条纹变化。光在动镜臂往返传播，位移与光程差之间的二倍关系，是从读数计算波长的关键。
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图 1 迈克尔逊干涉测波长：动镜位移、往返光程差与条纹计数
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从读数到物理量
保留 5 次动镜起止位置，每次累计 100 条条纹。每组位移由末位置减初位置得到，使用毫米统一计算，再换算为纳米。
核心计算关系为
$$ 2\Delta d=N\lambda,\qquad \lambda_i=\frac{2(d_{2i}-d_{1i})}{N}. $$
系数二来自动镜臂的往返光程。计数时保持手轮沿同一方向转动，条纹圆心稳定有助于持续识别同一条纹变化。
表 1 激光波长均值、重复性与参考比较
| 物理量或指标 | 计算结果 |
|---|---|
| 激光波长均值 | $632.60000\ \mathrm{nm}$ |
| 波长均值A类分量 | $0.228035\ \mathrm{nm}$ |
| 相对指定632.8nm的差异 | $0.03160556\%$ |
A 类分量表示五次波长均值的重复性。相对差以常用参考波长 $632.8\ \mathrm{nm}$ 为分母；该参考值用于量级和结果比较。
比较相同条纹数下的五次位移
图 2 每次累计 100 条条纹所得波长；五次位移分别计算
相同计数下，波长结果随动镜位移成正比。图中各次结果约在 $632.0$ 至 $633.2\ \mathrm{nm}$ 之间，可结合原始位置读数检查位移估读和机械回程影响。
把光程差的二倍关系算清楚
| 操作或计算 | 观察什么 |
|---|---|
| 复算起止位移 | 逐次检查位置相减和毫米到纳米换算 |
| 对照条纹计数 | 将每组 $N=100$ 与对应位移一一配对 |
| 计算均值及重复性 | 用五次未修约波长求 A 类均值分量 |
Notebook 沿调节步骤、原始记录、波长计算和讨论展示静态复算。位移刻度、机械回程与计数误差由相应测量条件另行分析。
在 Jupyter 或 Wolfram 中从头运行，可沿报告章节查看数据读取、公式代入、计算输出与结果讨论。
在本机打开
环境安装见使用指南。在仓库根目录启动本实验的 Jupyter Notebook：
.\.venv\Scripts\python.exe -m jupyterlab experiments/course-04/michelson-interferometer/notebooks/analysis.ipynb
Wolfram 安装包包含数据与 Notebook。将仓库路径改为本机路径后运行：
PacletInstall["D:/general-physics-lab/notebook/paclets/MichelsonInterferometerLab/dist/MichelsonInterferometerLab-0.1.0.paclet"];
Needs["MichelsonInterferometerLab`"];
MichelsonInterferometerLab`OpenNotebook[]
数据与计算实现
| 内容 | 文件 |
|---|---|
| 规范观测数据 | observations-01.csv |
| 单位、参数与模型条件 | experiment.json |
| Python 计算模块 | michelson_interferometer.py |
| Wolfram 包实现 | MichelsonInterferometerLab.wl |
| 完整计算结果 | python.json |