典型干涉仪及其应用
光的干涉与衍射现象的应用举例
光的干涉与衍射现象的应用举例光的干涉与衍射是光学中重要的现象和原理，它们在我们日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
下面将为您列举几个光的干涉与衍射现象的应用实例。
1. 显微镜显微镜是一种能够放大微小物体的光学仪器。
其中一个关键部件便是光的干涉现象。
在显微镜的物镜和目镜之间，通过激光光源照射样本，光线通过样本之后遇到物镜的光圈，由于物镜光圈的小孔，只有发散角较小的光线能够通过并干涉形成清晰的像。
这种干涉现象使得我们能够观察到更加清晰的显微图像，进而研究微小物体的结构。
2. 多普勒雷达多普勒雷达是一种利用光的衍射现象来测量目标的速度的仪器。
雷达发射的脉冲光经过被测目标的反射后，由于目标的运动速度与光源之间产生了相对运动，导致反射光的频率发生了变化。
根据多普勒效应原理，我们可以通过测量反射光的频率变化来计算目标的速度。
3. 光栅光栅是一种特殊的光学元件，利用光的干涉与衍射现象可以实现光波的分光、分色和频谱分析。
光栅由许多均匀排列的透明或不透明刻线组成，当入射光波经过光栅时，会发生干涉和衍射现象，将光波分成不同的波长（颜色）。
这使得我们能够分析光波的频谱成分，例如在光谱分析、光学仪器中的波长选择器等应用中起到重要作用。
4. 光学显影技术光学显影技术是一种利用光的干涉与衍射现象来实现图像增强的技术。
我们常见的光学显影技术有全息照相、光波干涉显影等。
通过利用光的相干性和干涉的原理，可以将物体的微小细节信息记录下来并重建成图像，从而实现对原始图像的增强和复原。
综上所述，光的干涉与衍射现象在各个领域都有重要的应用。
无论是在显微观察、雷达测速、光谱分析还是图像增强等方面，都离不开光的干涉与衍射的原理。
这些应用举例不仅展示了光学原理的实际意义，也为我们深入理解光学现象提供了实践的基础。
光学的应用还在不断发展，相信未来会有更多新颖而令人惊叹的应用涌现出来。
白光干涉仪典型应用案例
白光干涉仪典型应用案例
SuperView W1白光干涉仪是一款用于对各种精密器件及材料表面进行亚纳米级测量的检测仪器。
它是以白光干涉技术为原理、结合精密Z向扫描模块、3D建模算法等对器件表面进行非接触式扫描并建立表面3D图像，通过系统软件对器件表面3D图像进行数据处理与分析，并获取反映器件表面质量的2D、3D参数，从而实现器件表面形貌3D测量的光学检测仪器。
SuperView W1白光干涉仪可广泛应用于半导体制造及封装工艺检测、3C 电子玻璃屏及其精密配件、光学加工、微纳材料及制造、汽车零部件、MEMS 器件等超精密加工行业及航空航天、国防军工、科研院所等领域中。
可测各类从超光滑到粗糙、低反射率到高反射率的物体表面，从纳米到微米级别工件的粗糙度、平整度、微观几何轮廓、曲率等，提供依据ISO/ASME/EUR/GBT四大国内外标准共计300余种2D、3D参数作为评价标准。
SuperView W1白光干涉仪典型应用案例
衍射光学元件测量
凹凸台测量
台阶块测量
复合材料测量
水机叶片测量
超光滑陶瓷样件测量
超疏水表面形貌检测。
2.4典型干涉仪及其应用分解
迈克尔逊等倾干涉
11/11/2018
迈克尔逊等厚干涉
11/11/2018
返回
4 光程差计算
∵ M2′M1为虚薄膜，n1=n2=1 ∴ 光束 a2′和 a1′有半波损失且入射角i1等于反射角i2
5
极值条件
j
(2 j 1)
2d cosi2 2
相长
2d cosi2 2
虚薄膜
3、工作原理
补偿板作用：补偿两臂的附 加光程差。 没有补偿板，对干涉有何影响？ 可以不要补偿板？ 光束 a2′和 a1′发生干涉
光源
a1
S
a
G1 45 G2
M2
a2
补偿板
半透半反膜
反 射 镜
a1′ a2′ E 观测装置
十字叉丝
▲
▲
等厚条纹
11/11/2018
返回
M2、M1平行 等倾干涉
M2、M1有小夹角 等厚干涉
11/11/2018
马赫- -泽德光纤干涉 仪
在光纤传感器中，大量 利用光纤马赫-泽德干涉 仪进行工作。 图2-38是一种用于温度 传感器的马赫-泽德干涉 仪结构示意图。 由激光器发出的相干光， 经分束器分别送入两根长 度相同的单模光纤。
11/11/2018
2
▲ 测折射率n
M1 光路a2中插入待测介质，产生 附加光程差
n
a2
2(n 1)l
注意 光通过介质两次
l
若相应移过 N 个条纹 则应有
2(n 1)l N
由此可测折射率n 。
11/11/2018
▲
用迈克耳孙干涉仪测气流
11/11/2018
激光干涉仪分类及应用
激光干涉仪分类及应用一、概述激光干涉仪是一种光学仪器，利用激光干涉的原理来测量长度、角度、形状等物理量。
它被广泛应用于科学研究、工业制造、医学诊断等领域。
根据其原理和使用方式的不同，可以将激光干涉仪分为多种类型。
二、分类1. 干涉仪原理分类激光干涉仪可以根据其采用的干涉原理来进行分类：•束干涉仪：利用两个互相干扰的激光束，当两束光相遇时，产生干涉条纹，用于测量物体之间的形状、位置和尺寸。
•显微干涉仪：利用显微镜将被测物体分成若干区域，利用激光的光程差形成干涉条纹，可用于测量胶膜厚度、半导体芯片等微小尺寸物体的形状和表面粗糙度。
•波前干涉仪：利用激光周波变化的特性，测量光学元件透过光束的波前变化情况，用于测量光学元件精度和光学系统的成像质量。
•全息干涉仪：利用全息记录技术，将干涉条纹记录下来，并在还原光下投影出来，测量物体形状、表面形貌、变形、位移等。
2. 应用分类激光干涉仪可以根据其应用范围来进行分类：•光学加工：用于激光焊接、切割、打孔、表面处理等光学加工工艺。
•材料表征：用于测量材料的表面形貌、变形、膨胀系数、热膨胀系数等参数。
•基础研究：用于准确测量物理量，如长度、角度、形状等，尤其是在量子光学、非线性光学、太赫兹光学等领域有广泛应用。
•医学诊断：用于测量人体的视力、血流速度、角膜厚度等生物医学参数。
三、激光干涉仪在工业制造中的应用1. 光学加工激光干涉仪可以准确测量材料的表面形状和位置，可广泛应用于光学加工行业中。
例如，它可以用于激光切割机上的切割控制、钣金加工、电路板打孔、精密加工和微加工等。
2. 精密测量激光干涉仪可以实现高精度的测量，可广泛应用于工业制造行业中的质量检测、自动化控制、生产线监控等方面。
例如，它可以用于测量汽车车轮的径向跳动、轮毂的偏心度、液体流量、材料的热膨胀系数等等。
3. 热处理激光干涉仪可以用来监测温度，特别是在热处理过程中，它可以实时测量温度并做出相应的调整，从而确保制造出高质量的产品。
F-P干涉仪及其典型应用
探测器
匹配液 滤波 A/D 信号处理
4 n
前置放大
l
光纤应变传感器结构图 F-P腔长变化--→相位差变化--→光强变化
传感器的设计：如何使得被测应变转换为F-P腔长的变化
6.2 F-P干涉仪及其典型应用——应变传感器
光纤F-P腔 传导光纤
M1
M2
光纤F-P腔传感头
2
1
d 4L
2
1
4Ln(1 2 ) n d 2 2 1 2
s1 L1 s 2 L2
6.5 F-P干涉仪及其典型应用——声发射传感器
声发射 AE：应力波发射
谐振腔 入射光束
被测物
在材料或者零部件受力作用下产 生变形、断裂或内部应力超出屈 服极限而进入不可逆的塑性变形 阶段，以瞬态弹性波形式释放应 变能的一种现象
光电探测器 I/V转换 放大、滤波
信号处理
A/D
6.4 F-P干涉仪及其典型应用——微位移传感器
L1 探测器 耦合器 S GWS 耦合器 耦合器 探测器 L2 双路F-P干涉仪工作原理 1）采用波长可调光源 （λ 1～ λ 2 ） 2）参考F-P干涉系统：预先校准参考谐振腔长度，并保持不变 3）敏感F-P干涉系统；目标测量绝对位移测量 FPI2 敏感腔 FPI1 参考腔
F=ma的光学干涉测量
6.7 F-P干涉仪及其典型应用——微弱磁场传感器
反射面 磁致伸缩材料 腔长变化 内置式传感原理 外置式传感原理
F-P腔
光纤
反射面
F-P腔
光纤F-P传感器
光源
探测器 耦合器
传感器
F-P型干涉磁场传感 M-Z型干涉磁场传感 迈克尔逊型干涉磁场传感
光的干涉原理具体应用
光的干涉原理具体应用1. 光的干涉原理简介光的干涉是指当两个或多个光波相互干涉时发生的情况。
干涉是由于光波的相位差引起的，当两个光波的相位差为整数倍波长时，它们会叠加形成明亮的干涉条纹；当相位差为半整数倍波长时，它们会叠加形成暗的干涉条纹。
光的干涉现象是波动光学的重要基础，广泛应用于光学仪器、光通信以及光学测量等领域。
2. 光的干涉原理的具体应用2.1 干涉仪干涉仪是一种利用光的干涉原理进行测量的仪器。
常见的干涉仪包括迈克尔逊干涉仪、弗罗摩干涉仪、杨氏双缝干涉仪等。
这些干涉仪利用光的干涉原理测量物体的厚度、折射率、表面形貌等参数。
干涉仪具有高精度、非接触测量的特点，在工业制造、光学研究等领域具有广泛应用。
2.2 薄膜干涉薄膜干涉是指光在薄膜上反射和透射时发生的干涉现象。
薄膜干涉在光学薄膜、涂层技术等领域有重要应用。
通过控制薄膜的厚度和折射率，可以使光的某个波长处于干涉的最大或最小位置，实现光的分光、反射和透射控制等功能。
2.3 比较干涉比较干涉是一种利用光的干涉原理进行测量的方法。
通过光的干涉现象来检测和比较光程的差异，从而测量物体的形貌、长度或折射率等参数。
比较干涉常用于光学测量、纳米技术等领域。
常见的比较干涉方法包括激光干涉仪、白光干涉仪、多束干涉仪等。
2.4 干涉光栅干涉光栅是利用光的干涉原理制作的光学元件。
干涉光栅具有调制光的方向、波长和强度等特性，广泛应用于光谱分析、激光器、光通信等领域。
通过控制光栅的参数，可以实现光的频率分析、光的衍射调制等功能。
2.5 光学相干层析成像光学相干层析成像是一种利用光的干涉原理进行三维成像的方法。
通过分析光的干涉模式，可以重建物体的三维形态，实现非接触、无损的三维成像。
光学相干层析成像在医学影像、生物学研究等领域有广泛的应用。
3. 小结光的干涉原理是光学中的重要现象，其具体应用涵盖了干涉仪、薄膜干涉、比较干涉、干涉光栅和光学相干层析成像等领域。
这些应用在光学测量、光通信、光谱分析等领域具有重要的意义，推动了光学技术的发展和应用的广泛推广。
光学中的干涉仪和光的干涉现象
光学中的干涉仪和光的干涉现象干涉是光学中的一种重要现象，它揭示了光波的性质和光的波动性。
干涉现象发生时，两个或多个光波相遇并相互影响，产生干涉条纹和明暗交替的现象。
干涉现象为我们提供了深入理解光的行为和光学原理的机会。
在光学中，干涉仪是用来观察和研究干涉现象的重要工具之一。
一、干涉现象的基本原理干涉现象的基本原理可以通过双缝干涉实验来简单地解释。
当一束单色光通过两个紧密放置的狭缝时，从两个狭缝中发出的光波会互相干涉。
干涉产生的明暗条纹呈现出一定的规律性。
这是因为光波在不同位置相遇时，它们的相位差会导致干涉效果的不同。
在双缝干涉实验中，当两束光波的相位差为整数倍的波长时，它们会相互加强产生明亮的干涉条纹。
而当相位差为半整数倍的波长时，它们会相互抵消产生暗亮的干涉条纹。
这种明暗交替的条纹形成了典型的干涉图样。
干涉图样的特征取决于光源的特性和物体的形状和尺寸。
二、干涉仪的类型和应用干涉仪是一种精密的实验仪器，用于制造和观察干涉现象。
根据不同的干涉原理和使用目的，干涉仪可以分为多种类型，如杨氏双缝干涉仪、迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪等。
这些干涉仪广泛应用于科学研究、工程技术和相关领域。
1. 杨氏双缝干涉仪杨氏双缝干涉仪是最简单和最常见的干涉仪之一。
它由两个狭缝和记录干涉图样的屏幕组成。
当光波通过双缝时，会在屏幕上产生一系列明暗相间的干涉条纹。
杨氏双缝干涉仪被广泛应用于测量光的波长、研究光的干涉现象以及验证光的波动性等实验中。
2. 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是一种常用的干涉测量仪器，由透镜、半反射镜和干涉区组成。
迈克尔逊干涉仪通过半反射镜将一束入射光分为两部分，其中一部分经透镜反射回来，另一部分透过半反射镜传到干涉区。
在干涉区，光波会发生干涉，并在屏幕上形成干涉条纹。
迈克尔逊干涉仪常被用于精密测量光学元件的形状、光波的相对相位等。
3. 马赫-曾德尔干涉仪马赫-曾德尔干涉仪是一种基于干涉仪使用光程差的原理设计的仪器。
物理光学24典型干涉仪
“以太”一词源于希腊，愿意是“空气的上层”，是亚里士多 德创造的名词。他认为天体间一定充满某种介质。
笛卡儿于１６６４年首次把它引入物理学，以为它是一种无 重的、有一定机械性质的物质。
到了１９世纪末叶，麦克斯韦的电磁理论和赫兹实验由于借 助于“以太”，从而提高了“以太”的理论地位。
但“以太”的引入，也使物理学家们碰上了新的困难。光波 是一种横波，而只有固体介质才能传播横波，如果说光波由 “以太”传播，那么“以太”就必然是固态的，而且它必须 渗入万物之中，密度比气体稀薄，弹性比金属还大，驯服到 不影响人的眼睛的眨动。
同时具有这么多神奇特性的“以太”的存在，谁也觉得是不 可能的。神奇的“以太”困扰着１９世纪的物理学家，成了 物理学界最大的难题，就在这时，美国物理学家迈克尔逊首 资助成功地做了证实以太存在与否的“以太漂移”实验。
如 果e0
e0
2
, k0
k0
1
e增大时有条纹冒出
记下平移的距离,可测量入射光的波长; 如已知波长,则可通过条纹移动数目来测量微小伸长量 (如热胀冷缩量).
当M2’ 、M1 不平行时，将看到劈尖等厚干涉条纹。 当M1每平移λ/2 时，将看到一个明（或暗）条纹移
过视场中某一固定直线，条纹移动的数目m 与M1
马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪是一种大型光学仪 器，它广泛应用于研究空气动力学中气体的折射率变化、可 控热核反应中等离子体区的密度分布，并且在测量光学零 件、制备光信息处理中的空间滤波器等许多方面，有着极其 重要的应用。特别是，它已在光纤传感技术中被广泛采用。
马赫-泽德干涉仪也是一种分振幅干涉仪，与迈克尔逊 干涉仪相比，在光通量的利用率上，大约要高出一倍。这是 因为在迈克尔逊干涉仪中，有一半光通量将返回到光源方 向，而马赫-泽德干涉仪却没有这种返回光源的光。
F-P干涉仪及其典型应用
F-P干涉仪及其典型应用
6.1 F-P干涉仪及其典型应用——多光束干涉
ai
D
a1
B
a2 a3
a4
反射光： 2hn cos i ' / 2
n
A i'
h 相邻两束光之间的程差
透射光：
C
b1 b2 b3 b4 多光束薄膜等顷干涉
G1 G2
2hn cos i '
透射光相差
4
nh
R0 R 0.048
R 0.27
R 0.64 R 0.87
F-P腔
多光束干涉提高了条纹精细度
多光束干涉
6.1 F-P干涉仪及其典型应用——光纤干涉基本形式
l
S
F一P光纤干涉仪基本结构
D
多光束干涉
4 n
l
被测物理量-→引起F-P腔长度 l 的变化-→引起相位Δ φ变化
光电探测器 I/V转换 放大、滤波
信号处理
A/D
6.4 F-P干涉仪及其典型应用——微位移传感器
L1 探测器 耦合器 S GWS 耦合器 耦合器 探测器 L2 双路F-P干涉仪工作原理 1）采用波长可调光源 （λ 1～ λ 2 ） 2）参考F-P干涉系统：预先校准参考谐振腔长度，并保持不变 3）敏感F-P干涉系统；目标测量绝对位移测量 FPI2 敏感腔 FPI1 参考腔
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
迈克尔逊干涉仪的原理与应用在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。
由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。
这也是绝大多数学生的要求。
下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。
一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。
He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度.纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。
采用633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。
测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。
将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。
由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。
激光干涉仪典型应用案例
激光干涉仪典型应用案例
激光干涉仪以光波为载体，其光波波长可以直接对米进行定义，且可以溯源至国家标准，是迄今公认的高精度、高灵敏度的测量仪器，在高端制造领域应用广泛。
SJ6000激光干涉仪集光、机、电、计算机等技术于一体，产品采用进口高性能氦氖激光器，其寿命可达50000小时；采用激光双纵模热稳频技术，可实现高精度、抗干扰能力强、长期稳定性好的激光频率输出；采用高速干涉信号采集、调理及细分技术，可实现最高4m/s的测量速度，以及纳米级的分辨率；采用高精度环境补偿模块，可实现激光波长和材料的自动补偿；采用高性能计算机控制系统及软件技术，支持中文、英文和俄文语言，友好的人机界面、向导式的操作流程、简洁化的记录管理。
SJ6000激光干涉仪具有测量精度高、测量范围大、测量速度快、最高测速下分辨率高等优点，结合不同的光学镜组，可实现线性测长、角度、直线度、垂
直度、平行度、平面度等几何参量的高精度测量。
在SJ6000激光干涉仪动态测量软件配合下，可实现线性位移、角度和直线度的动态测量与性能检测，以及进行位移、速度、加速度、振幅与频率的动态分析，如振动分析、丝杆导轨的动态
特性分析、驱动系统的响应特性分析等。
2.产品配置
SJ6000激光干涉仪系统具有丰富的模块化组件，可根据具体测量需求而选择不同的组件。
主要镜组如下图所列，依次为线性镜组、角度镜组、直线度镜组、垂直度镜组、平面度镜组、自动精密转台。
其中，线性镜组为标配，由线性干涉镜、线性反射镜和夹紧孔座构成。
可满足线性位移设备的定位精度、重复定位精度、反向间隙的测量与分析，以及反向间隙修正和螺距补偿。
SJ6000激光干涉仪典型应用案例：
超大型加工中心回转轴检。
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
迈克尔逊干涉仪的原理与应用在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。
由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。
这也是绝大多数学生的要求。
下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。
一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。
He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度.纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。
采用633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。
测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。
将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。
由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。
试验一麦克尔逊干涉仪原理和应用
实验一麦克尔逊干涉仪原理和应用一、实验目的1、了解麦克尔逊干涉仪的结构和基本原理。
2、掌握麦克尔逊干涉仪的调节和使用方法。
二、实验内容1、用氦氖激光器的632.8 nm谱线校正干涉仪的刻度尺。
2、用麦克尔逊干涉仪测量氦氖激光或纳光的波长。
3、用麦克尔逊干涉仪测定纳光D 双线的波长差。
三、实验仪器1 、麦克尔逊干涉仪2、氦氖激光器3、纳光灯及电源变压器4、扩束透镜5、细针或叉丝6、毛玻璃屏7、读数小灯四、实验原理干涉仪是凭借光的干涉原理以测量长度或长度变化的精密光学仪器。
干涉仪有多种构造形式，实验室中常用的是麦克尔逊干涉仪，其构造简图如图一所示。
M !和M 2是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺丝，用来调节镜面的方位。
M 2是固定的，M,由精密丝杆控制可沿臂前后移动，其移动距离由转盘读出。
在两臂相交处，有一与两臂轴各成450的平行平面玻璃板R，且在R的第二平面上涂以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和投射光2,故R又称为分光板。
P2也是一平行平面玻璃板，与R平行放置，厚度和折射率均与R相同。
由于它补偿了光束1 和光束2 之间附加的光程差,故称为补偿板。
从扩展光源S射来的光，到达分光板P1后被分为两部分。
反射光1在R处1反射后向着M i前进，投射光2透过R后向着M2前进。
这两列光波分别在M「M 2上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E处。
既然这两列波来自光源上同一点O，因而是相干光，在E处的观察者能看到干涉图样。
由于光在分光板P i的第二面上反射，使M2在M i附近形成一平行于M i 的虚像M2，因而光在麦克尔逊干涉仪中自M i和M2的反射，相当于自M i和M2的反射。
由此可见，在麦克尔逊干涉仪中所产生的干涉，与厚度为d的空气膜所才产生的干涉是等效的。
当M “和M 2平行时（也就是M 1和M 2恰好垂直），将观察到圆形条纹（等倾条纹）；当M i和M 2交成很小角度时，将观察到直线形的干涉条纹（等厚条纹）。
迈克尔逊干涉仪的应用.
【实验原理】
s
M1 移动反射镜
d
M2 像
L
1 G1 G2
2
固定反射镜
激光器
扩束镜
E
M2
毛玻璃屏
s : He-Ne激光器；
L : 扩束镜；
G :1
分光板：将一束光分成两束，1是反射光，2是透射光。
G : 补偿板：起补偿光程作用。 2
G1 // G2
M :1 可移动反射镜； M1 M2
M : 固定反射镜。 2
d i ，记录7组数据。 读数 L m n
(mm)
L : 主尺导轨侧面。1mm. m : 读数窗口。 102 mm.
Lmn 估 读
n : 微调鼓轮。 104 mm. 最后再估读一位。
涌出或陷入 条纹数
0 50 100 150 200 250 300 350
di (mm)
d0 d50 d100 d150 d200 d250
2d 100
d 50
(nm)
其中：
d 1 6
6 i1
di
（2）百分误差：
测 理 100% 理
其中： 理 632.8nm
d300 d350
环存差取
k=100
di di100 di
(mm)
d100 d0 d150 d50 d200 d100 d250 d150 d300 d200 d350 d250
3.计算波长
测 、百分误差
。
（1）波长：
测
则
di
Ni
2
di100 Ni100 2
迈克尔逊干涉及技术应用
迈克尔逊干涉及技术应用【仪器用具】迈克尔逊干涉仪（PASCO 、OS9255A ），激光器等【原理概述】 1．结构与光路干涉仪的结构简图见图 1，Beam Splitter 和Compensator Plate 是两块折射率和厚度都相同的平行平面玻璃板，分别称为分光镜和补偿镜。
分光镜的背面镀了一层半反射膜。
从面光源来的光线在这里分为强度相等的反射光和投射光，反射光射向 Adjustable Mirror 透镜（M 2），折射光射向Movable Mirror 透镜（M 1）。
反射光 经M 2反射后再透过分光镜，投射在观察屏上。
折射光经 M1 反射后再经分光镜反射投射到观察屏，投射到观察屏的两束光线都是分自同一光线，所以是相干的，可以产生干涉条纹。
这就是等倾干涉条纹。
光程差计算：如图2，M 2′ 是平面镜 M 2 对分光镜半反射膜所成虚象，两相干光束 1、2好象是从 M 1和 M 2′ 构成的虚平行平板（虚空气层）上下表面反射。
因此Δ=（AB+ BC ）-AE=2θθθsin )tan 2(cos h h-=2θcos h (1) 其中是光M 1（M 2’）上的入射角或反射角。
2.干涉条纹迈克尔逊干涉仪的干涉条纹与M 1和M 2’构成的虚平行板产生的干涉条纹一样，M 2后有螺钉，用来调节方位，调节M 1和M 2’精确地平行，就会看到等倾干涉圆环条纹。
补偿镜的作用是在平面反射镜M 1和M 2距分光镜半反射膜中心的距离相等时，使由M 1和M 2’反射回来的两束光有相等的光程。
【实验内容一：用迈克尔逊干涉仪测量波长】M1和M2平行时，出现的是等倾干涉圆环，M1镜每移动/距离，视场中心就冒出（h 增大时）或湮灭（h 减小时）一个圆环，变化圆环数目N 与M1移动的距离l 的关系为： l=N/2若已有标准长度，就可以通过上式求出光源的波长。
实验步骤：1. 放置好激光器与干涉仪的位置，保证激光器射出的光线能与干涉仪的面板平行。
§1.5 干涉仪、干涉现象的应用
(1 r ) 2 A02 2 1 r 2 r cos 1
1
4r 2 sin 2 (1 r ) 2
I0
4r 2 1 sin 2 (1 r ) 2
——叫艾里函数
4r F (1 r )2
* p
——称精细度
I0 I p Ep E 1 F sin 2 ( / 2)
2h cos i2j j
2h sin i i
j 2
(j+1) i(j) -i 2 2
j j1
i
j j1
2h sin i2j
j 上式表明相邻两亮（暗）环的角距离 i j 1 正比于波长而反比于
厚度h，并且随条纹对干涉条纹中心的远离 条纹的间隔愈来愈小。
3、多光束干涉的强度分布图样的特点
（1）形状：明暗相间的等倾干涉同心圆环条纹 （2）对比度:
0, 2 , 4 ,3 ,5
I M A02 1 r 2 Im A0 1 r
2
IM Im 2r V I M I m 1 r2
二、多光束干涉 法布里——珀罗干涉仪 双光束干涉条纹的特点和在测量中的局限性
A A A 2 A1 A2 cos 4 A cos 2
2 2 1 2 2 A1 A2 2 1 2
图5.2
双光束干涉实验不易测定最大值或最小值的精确位置 若采用位相差相同的多光束干涉，则干涉花样就十分狭窄， 边缘清晰，而且这些锐线条纹被宽阔而相当黑暗的区域隔开。
1、法布里—珀罗干涉仪的组成
图5.3法布里——珀罗干涉仪
2、多光束干涉的强度分布公式
设：
A r A r A0 A0 A t A t A0 A0
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1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 白光条纹只有在楔形虚平板极薄 白光条纹只有在楔形虚平板极薄(M1与 M2′ 的距离仅 虚平板极薄 为几个波长)时才能观察到 这时的条纹是带彩色的. 时才能观察到， 为几个波长 时才能观察到，这时的条纹是带彩色的 相交错， 如果 M1和 M2′ 相交错，交线上的条纹对应于虚平板 的厚度 h=0。
M1 ′ M2
M1 ′ M2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 干涉条纹弯曲的原因如下：如前所述， 干涉条纹弯曲的原因如下：如前所述，干涉条纹 应当是等光程差线。 应当是等光程差线。
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 当入射光不是平行光时，对于倾角较大的光束， 当入射光不是平行光时，对于倾角较大的光束，若 要与倾角较小的入射光束等光程差， 要与倾角较小的入射光束等光程差，其平板厚度应 增大。 增大
1 rN = f n0 nλ N −1+ ε h （ ） 25
f eN = rN＋1 − rN ≈ 2n0
nλ (26) h N − 1 + ε） （
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 完全重合时， 当 M1与 M2完全重合时，因为对于各个方向入射光 视场是均匀的 的光程差均相等，所以视场是均匀 的光程差均相等，所以视场是均匀的。
M1 ′ M2
1 Ⅰ
D
A E S C
G 1
G2
Ⅱ
M
2
L P
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M1 ′ M2
M1 ′ M2
M1
′ M2
Bfaf0424.gif
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 在扩展光源照明下， 距离增加， 在扩展光源照明下，如果 M1与 M2′ 的距离增加，则 条纹将偏离等厚线，发生弯曲，弯曲的方向是凸向楔 条纹将偏离等厚线，发生弯曲，弯曲的方向是凸向楔 棱一边，同时条纹可见度下降。 棱一边，同时条纹可见度下降。
M2′ M1
等厚线
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 在楔板很薄的情况下， 在楔板很薄的情况下，光束入射角引起的光程差变 化不明显，干涉条纹仍可视作一些直线条纹。 化不明显，干涉条纹仍可视作一些直线条纹。 对于楔形板的条纹, 对于楔形板的条纹 与平行平板条纹一 样，M2 每移动一个 λ/2距离，条纹就相 距离， 距离 应地移动一个。 应地移动一个。
3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) ①迈克尔逊 莫雷以太漂移实验 迈克尔逊—莫雷以太漂移实验； 迈克尔逊 莫雷以太漂移实验 ②第一次系统地研究了光谱线的精细结构； 第一次系统地研究了光谱线的精细结构； 第一次系统地研究了光谱线的精细结构 ③首次将光谱线的波长与标准米进行了比较，建立 首次将光谱线的波长与标准米进行了比较， 首次将光谱线的波长与标准米进行了比较 了以光波长为基准的标准长度。 光波长为基准的标准长度 了以光波长为基准的标准长度。
M1
′ M2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 不镀半反射膜时， 当 G1不镀半反射膜时，因在 G1中产生内反射的光线 Ⅰ和产生外反射的光线 之间有一附加光程差 λ / 2， 和产生外反射的光线Ⅱ之间有一附加光程差 和产生外反射的光线 所以白色条纹是黑色的 黑色的； 所以白色条纹是黑色的； 镀上半反射膜后，附加程差与所镀金属及厚度有关， 镀上半反射膜后，附加程差与所镀金属及厚度有关， 但通常均接近于零，所以白光条纹一般是白色的 白色的。 但通常均接近于零，所以白光条纹一般是白色的。 交线条纹的两侧是彩色条纹。 交线条纹的两侧是彩色条纹。
∆ = 2nhcosθ2+λ/2
θ 2 ↓ cosθ 2 ↑ h ↓ θ 2 ↑ cosθ 2 ↓ h ↑
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 靠近楔板边缘的点对应的入射角较大，因此， 靠近楔板边缘的点对应的入射角较大，因此，干涉 条纹越靠近边缘，越偏离到厚度更大的地方， 条纹越靠近边缘，越偏离到厚度更大的地方，即弯 曲方向是凸向楔棱一边。 曲方向是凸向楔棱一边。 干涉条纹
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的 主要优点是两束光 主要优点是两束光 完全分开， 完全分开，并可由 一个镜子的平移来 改变它们的光程差， 改变它们的光程差， 因此可以很方便地 在光路中安置测量 样品。 样品。这些优点使 其有许多重要的应 用，并且是许多干 涉仪的基础涉仪的干涉条纹
等 倾 干 涉 条 纹
M1 ′ M2
M1 ′ M2
′ M 1与 M 2
重 合
M1 ′ M2
M1
′ M2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 如果调节 M2， 使 M2′ 与 M1 相 互倾斜一个很小 的角度， 的角度，且当 M2′与M1比较接 近，观察面积很 小时， 小时，所观察到 的干涉图样近似 是定域在楔表面 上或楔表面附近 的一组平行于楔 边的等厚条纹 等厚条纹。 边的等厚条纹。
M1 ′ M2
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 在干涉仪中， 在干涉仪中，补偿板 G2 的作用是消除分光板分 出的两束光Ⅰ 出的两束光Ⅰ和Ⅱ的不 对称性。 对称性。不加 G2时，光 光 经过G 三次， 束Ⅰ经过 1三次，而光 经过一次。由于G 束Ⅱ经过一次。由于 1 S 有一定厚度，导致Ⅰ 有一定厚度，导致Ⅰ与 有一附加光程差。 Ⅱ有一附加光程差。加 光束Ⅱ 入G2后，光束Ⅱ也三次 经过同样的玻璃板， 经过同样的玻璃板，因 而得到了补偿。 而得到了补偿。
光源L 光源 探测器D 探测器 光纤耦合器P 光纤耦合器 电子学系统 光纤聚焦器 计算机 样品M 样品 1
反射镜M2 反射镜
3.4.2 马赫 泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer ) 马赫—泽德干涉仪 马赫一泽德干涉仪是 一种大型光学仪器， 一种大型光学仪器， 它广泛应用于研究空 气动力学中气体的折 射率变化、可控热核 射率变化、 反应中等离子体区的 密度分布， 密度分布，并且在测 量光学零件、 量光学零件、制备光 信息处理中的空间滤 波器等许多方面，有 波器等许多方面， 着极其重要的应用。 着极其重要的应用
M1 M2 激光器 可移平台 待测物体
光电计数器
记录仪
显微镜
1)激光比长仪 激光比长仪 当光电显微镜对准待测物体的起始端时， 当光电显微镜对准待测物体的起始端时，它向记录 仪发出一个信号，使记录仪开始记录干涉条纹数 记录干涉条纹数。 仪发出一个信号，使记录仪开始记录干涉条纹数。 当物体测量完时，光电显微镜对准物体的末端， 当物体测量完时，光电显微镜对准物体的末端，发 出一个终止信号，使记录仪停止工作。 出一个终止信号，使记录仪停止工作。
3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) 迈克尔逊干涉仪是1881年迈克尔逊设计制作的，它闻 年迈克尔逊设计制作的， 迈克尔逊干涉仪是 年迈克尔逊设计制作的 名于世是因为迈克尔逊曾用它作过三个重要的实验： 名于世是因为迈克尔逊曾用它作过三个重要的实验：
迈迈迈迈迈迈迈迈迈3.swf
3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) 迈克尔逊干涉仪是迈克尔逊和莫雷设计出来的一种利 分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器 实现干涉的精密光学仪器。 用分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器。其 调整和使用具有典型性。 调整和使用具有典型性。
迈克尔逊（ ），美国物理 迈克尔逊（1852~1931），美国物理 ）， 学家 ，主要贡献在于光谱学和度量 年诺贝尔物理学奖。 学，获1907年诺贝尔物理学奖。 年诺贝尔物理学奖
M1 ′ M2
1 Ⅰ
D
A E C
G 1
G2
Ⅱ
L
M2
P
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 不过，对于单色光照明，这种补偿并非必要， 不过，对于单色光照明，这种补偿并非必要，因为 光束Ⅰ 所增加的光程，完全可以用光束Ⅱ 光束Ⅰ 经过 G1 所增加的光程，完全可以用光束Ⅱ 在空气中的行程补偿。 在空气中的行程补偿。
M1 ′ M2
1 Ⅰ
D
A E S C
G 1
G2
Ⅱ
L
M2
P
2. 迈克尔逊干涉仪应用举例 1)激光比长仪 激光比长仪 应用迈克尔逊干涉仪和稳频He-Ne激光器可以进行长 激光器可以进行长 应用迈克尔逊干涉仪和稳频 度的精密计量 在图所的装置中， 精密计量。 度的精密计量。在图所的装置中，光电计数器用来记 录干涉条纹的数目, 光电显微镜给出起始和终止信号. 录干涉条纹的数目 光电显微镜给出起始和终止信号
但对于白光光源，因为玻璃有色散， 但对于白光光源，因为玻璃有色散，不同波长的光 有不同的折射率，通过玻璃板时所增加的光程不同， 有不同的折射率，通过玻璃板时所增加的光程不同， 无法用空气中的行程补偿，因而观察白光条纹时， 无法用空气中的行程补偿，因而观察白光条纹时， 补偿板不可缺少。 补偿板不可缺少。
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 Gl 和 G2是两块折 射率和厚度都相 同的平行平面玻 璃板， 璃板，分别称为 分光板和补偿板， 分光板和补偿板， S G1背面有镀银或 镀铝的半反射面 A,G1和G2互相干 行。
M1 ′ M2
1 Ⅰ
D
A E C
G1
G2
Ⅱ
L
M2
P
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理 迈克尔逊干涉仪的工作原理 如果调节M 使得 平行， 如果调节 2，使得 M2 与 M1 平行，所观察到的干涉 移动时(虚 图样就是一组等倾干涉圆环。 图样就是一组等倾干涉圆环。当 M1 向 M2 移动时 虚 平板厚度减小)，圆环条纹向中心收缩， 平板厚度减小 ，圆环条纹向中心收缩，并在中心一 一消失。 一消失。