LabVIEW构建高保真迈克耳孙干涉实验虚拟仿真平台，完美复刻真实实验的光路原理、操作逻辑与数据计算流程。解决传统光学实验受时空限制、仪器损耗大、原理抽象难懂等，通过 LabVIEW 的模块化设计与交互优势，实现 “原理可视化、操作具象化、数据精准化”，既可为教学提供标准化演示工具，也能支撑自主探究式学习。

实验原理复刻

光路核心逻辑

严格遵循分振幅法干涉原理，在程序中精准构建分光板分光、反射镜反射、光线叠加干涉的完整光路模型。光源发出的光经分光板分为两束，分别经动镜与定镜反射后，在观察屏处相遇产生干涉，通过 LabVIEW 的图形绘制功能，将抽象光路转化为动态可视化界面，支持实时观察光线传播轨迹与干涉形成过程。

干涉数学建模

基于非定域干涉理论，建立核心数学模型：光程差公式 δ=2dcosθ（d 为反射镜间距，θ 为光线入射角），条纹级次满足 2dcosθ=kλ（k 为条纹级次，λ 为光波波长）。当动镜移动导致间距变化 Δd 时，条纹变化数目 N 与波长满足 Δd=Nλ/2，该公式作为波长计算的核心逻辑，通过 LabVIEW 数学运算节点实现自动化求解，无需手动计算。

光强分布模型

整合光强叠加原理，构建光强计算模型：I=4I₀cos²(φ/2)（I₀为入射光强，φ 为相位差），结合相位差与光程差的关系 φ=2πδ/λ，推导得出光强与反射镜间距、波长、入射角的关联公式 I=I₀cos²(2dπcosθ/λ)，并通过 LabVIEW 的矩阵运算与图谱绘制功能，实现光强分布的可视化呈现。

平台设计架构

前面板模块化布局

遵循 “操作直观、信息全面” 原则，划分六大功能区域，完全匹配真实实验操作习惯：

1. 装置仿真区：动态展示迈克耳孙干涉仪核心部件（分光板、反射镜、观察屏等），部件位置与真实仪器一致；

2. 光路示意图区：以动态线条呈现光线传播与干涉过程，支持随参数调节实时更新；

3. 参数调节区：设置主尺、粗调旋钮、微调旋钮等控件，分别对应真实仪器的毫米刻度尺、粗调手轮、微调手轮，调节范围与分度值完全匹配（主尺量程 0-20cm，粗调分度值 0.01mm，微调精度 10⁻⁵mm），同时支持光源类型（钠光、氦氖激光）切换与光强调节；

4. 数据显示区：实时输出反射镜间距、条纹级次、主尺 / 粗调 / 微调读数等关键数据，精度与真实实验一致；

5. 条纹分布区：高保真呈现干涉圆环，支持观察条纹 “吐出”“缩入” 的动态变化；

6. 光强分布区：以强度图谱形式直观展示干涉光强的空间分布，颜色深浅对应光强大小。

程序框图核心模块

采用 LabVIEW 图形化编程的模块化设计，各模块功能独立、逻辑联动，核心模块如下：

1. 光源控制模块：通过布尔开关实现光源启停，利用条件结构切换钠光（589.3nm）与氦氖激光（632.8nm），波长参数以全局变量形式传递至后续计算模块；

2. 参数采集模块：通过数值控件读取主尺、粗调、微调的输入值，经加法运算合成反射镜间距 d，运算过程中保留多位数精度，确保数据准确性；

3. 条纹级次计算模块：基于公式 k=2d/λ（θ≈0 时 cosθ=1），通过除法运算与取整函数，得到中心最高亮条纹级次，确保结果为整数；

4. 条纹生成模块：结合几何关系 r=Ltanθ 与干涉公式，通过数组运算生成不同半径的圆环条纹数据，再经图形绘制函数呈现干涉条纹，支持条纹疏密随参数实时调整；

5. 光强计算模块：代入反射镜间距、波长等参数，通过三角函数与矩阵运算求解光强分布数据，生成强度图谱；

6. 数据同步模块：依托 LabVIEW 数据流编程机制，确保参数调节、计算、显示的实时同步，无延迟卡顿。

关键功能实现

波长测量功能

1. 操作流程：启动光源后，调节粗调与微调旋钮，观察条纹 “吐出” 或 “缩入”，当条纹变化数目达到设定值（如 100 条）时，记录前后两次反射镜间距 Δd；

2. 自动计算：程序根据公式 λ=2Δd/N 自动求解波长，无需手动代入计算，同时支持多次测量取平均值，降低偶然误差；

3. 精度验证：仿真实验测得氦氖激光波长平均值为 632.6nm，与真实值 632.8nm 的相对误差仅 0.032%，远高于真实实验 1.14% 的误差水平，精度优势显著。

参数探究功能

支持单变量控制法探究关键因素对干涉效果的影响，操作便捷且结果直观：

1. 波长影响：固定光强与反射镜间距，切换钠光与氦氖激光，可观察到波长越大，干涉条纹越稀疏；

2. 光强影响：固定波长与间距，调节入射光强，可见条纹分布不变，但光强越大，条纹可见度越高；

3. 间距影响：固定波长与光强，调节反射镜间距，间距增大时条纹密度增加，反之则变稀疏。

交互体验优化

1. 操作联动：参数调节与条纹、光强变化实时同步，调节旋钮时可直观观察条纹 “吞吐” 与光强图谱变化，增强沉浸感；

2. 数据溯源：所有显示数据均标注来源（如主尺读数、粗调读数），便于理解数据构成；

3. 误差控制：程序内置数据精度处理机制，自动过滤无效输入，确保计算结果准确，同时保留原始数据，支持后续追溯分析。

技术优势亮点

高保真仿真特性

光路原理、仪器参数、操作逻辑完全复刻真实实验，仿真结果与理论计算高度契合，相对误差低于 0.1%，可替代真实实验完成基础教学与参数探究任务。

图形化编程优势

依托 LabVIEW 的图形化编程特性，无需复杂文本代码，通过节点连线即可实现复杂数学运算与流程控制，开发效率高，后期维护时可直接定位模块修改，扩展性强。

教学适配性强

解决传统实验时空限制，学生可自主调节参数、观察现象、验证原理，深化对干涉现象的理解；教师可通过平台进行标准化演示，清晰展示不同条件下的实验结果，提升教学效果。

无损耗低成本

无需实体光学元件，避免了仪器磨损、光路偏移等问题，降低实验开展门槛，同时支持无限次重复操作，适配大规模教学与自主练习场景。

应用场景与价值

教学演示

可作为课堂教学的直观演示工具，动态展示干涉条纹形成过程、参数变化对条纹的影响，帮助学生理解抽象的光学原理，弥补理论教学与真实实验的衔接断层。

自主学习

学生可自主完成波长测量、参数探究等实验任务，通过反复操作熟悉仪器使用方法，掌握实验操作规程，培养实验技能与科学探究思维。

实验设计参考

其模块化设计思路、数学模型构建方法、参数联动逻辑，可为其他光学实验（如牛顿环干涉、双缝干涉）的虚拟仿真平台开发提供直接参考，具有较强的推广价值。

科研辅助

可快速模拟不同实验条件下的干涉效果，为真实实验方案设计提供预研数据，减少真实实验的试错成本，提升科研效率。