工程光学125典型双光束干涉系统及其应用
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南理工物理光学02-05
1 I (0) I 0 (k ) exp(ik )dk 2
傅里叶变换对： W () I 0 (k ) exp(ik)dk
（ 1 ） （2）
强度函数 谱密度函数
1 I 0 (k ) 2
W () exp(ik)d
通过移动M2，改变获得W()，再通过反傅里叶变换计 算出I0(k)。
迈克尔逊在工作
仪器结构、光路
反射镜
M1 M2
虚薄膜(虚 平板)
a1
光源 S
G1
45 G2
a2
M2
a
补偿板
反 射 镜
半透半反膜
a1′
a2 ′ E 观测装置
反射镜
M1 M 2
虚薄膜
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 ▲ ▲
a1
光源
S
a
G1 45 G2
M2
a2
补偿板
半透半反膜
反 射 镜
a 1′ a 2′ E 观测装置
十字叉丝
M2、M1平行 等倾干涉 M2、M1有小夹角 等厚干涉
等厚条纹
迈克尔逊等倾干涉
迈克尔逊等厚干涉
混合条纹
条纹变化
等倾干涉 h增大时，条纹外冒，变密
h减小时，条纹内缩，变疏 等厚干涉 h增大时，条纹向膜较薄的方向移动 h减小时，条纹向膜较厚的方向移动
4、马赫－曾德干涉仪 结构和光路走向如图 适用于研究气体密度迅速 变化的状态 利用扩展光源，条纹是定域的 可通过调节M2和G2使条纹虚定 域于M2和G2之间 应用： 1）大型风洞中气流引起的空气密度变化 2）可控热核反应中等离子区的密度分布 3）光学全息，光纤和集成光学
傅里叶变换对： W () I 0 (k ) exp(ik)dk
（ 1 ） （2）
强度函数 谱密度函数
1 I 0 (k ) 2
W () exp(ik)d
通过移动M2，改变获得W()，再通过反傅里叶变换计 算出I0(k)。
迈克尔逊在工作
仪器结构、光路
反射镜
M1 M2
虚薄膜(虚 平板)
a1
光源 S
G1
45 G2
a2
M2
a
补偿板
反 射 镜
半透半反膜
a1′
a2 ′ E 观测装置
反射镜
M1 M 2
虚薄膜
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 ▲ ▲
a1
光源
S
a
G1 45 G2
M2
a2
补偿板
半透半反膜
反 射 镜
a 1′ a 2′ E 观测装置
十字叉丝
M2、M1平行 等倾干涉 M2、M1有小夹角 等厚干涉
等厚条纹
迈克尔逊等倾干涉
迈克尔逊等厚干涉
混合条纹
条纹变化
等倾干涉 h增大时，条纹外冒，变密
h减小时，条纹内缩，变疏 等厚干涉 h增大时，条纹向膜较薄的方向移动 h减小时，条纹向膜较厚的方向移动
4、马赫－曾德干涉仪 结构和光路走向如图 适用于研究气体密度迅速 变化的状态 利用扩展光源，条纹是定域的 可通过调节M2和G2使条纹虚定 域于M2和G2之间 应用： 1）大型风洞中气流引起的空气密度变化 2）可控热核反应中等离子区的密度分布 3）光学全息，光纤和集成光学
《双光束干涉》课件
扩展光源
对于某些实验需求，可以使用扩 展光源代替激光器，以模拟自然 光或实现更大的干涉条纹可见度 。
分束器
半透半反镜
将一束光分成两束相同的光，一束反 射，一束透射，是常用的分束器。
分束棱镜
利用棱镜的折射特性将一束光分成两 束不同角度的光，常用于产生不同路 径长度的干涉。
反射镜和干涉仪
反射镜
用于改变光路，使两束光在空间上交叠，形成干涉。
干涉条纹的移动与变化
当一束光波的波长或相位发生变化时，干涉条纹的位置 和形状也会随之改变。
当两束光波的振幅（强度）发生变化时，干涉条纹的可 见度和强度也会受到影响。
当一束光波在空间中传播时，遇到不均匀介质或受到外 界扰动时，干涉条纹的位置和形状也会发生变化。
干涉条纹的可见度与强度
01
干涉条纹的可见度与两束光波的 相位差和振幅有关。相位差越小 ，可见度越高；振幅越大，可见 度越高。
双光束干涉的原理
光程差
01
两束光在相遇点产生的光程差会导致相位发生变化，进而影响
干涉结果。
干涉加强
02
当两束光的光程差为半波长的偶数倍时，光强增强，形成明条
纹。
干涉减弱
03
当两束光的光程差为半波长的奇数倍时，光强减弱，形成暗条
纹。
02
双光束干涉实验装置
Chapter
光源
激光器
作为相干性好的光源，激光器能 够产生单色性好的光束，是双光 束干涉实验中的理想选择。
激光器稳定性误差
激光器的输出功率和波长可能会随时间变化，导 致干涉条纹的移动和变化。
探测器响应误差
探测器的响应速度和精度会影响对干涉条纹的记 录和分析。
THANKS
对于某些实验需求，可以使用扩 展光源代替激光器，以模拟自然 光或实现更大的干涉条纹可见度 。
分束器
半透半反镜
将一束光分成两束相同的光，一束反 射，一束透射，是常用的分束器。
分束棱镜
利用棱镜的折射特性将一束光分成两 束不同角度的光，常用于产生不同路 径长度的干涉。
反射镜和干涉仪
反射镜
用于改变光路，使两束光在空间上交叠，形成干涉。
干涉条纹的移动与变化
当一束光波的波长或相位发生变化时，干涉条纹的位置 和形状也会随之改变。
当两束光波的振幅（强度）发生变化时，干涉条纹的可 见度和强度也会受到影响。
当一束光波在空间中传播时，遇到不均匀介质或受到外 界扰动时，干涉条纹的位置和形状也会发生变化。
干涉条纹的可见度与强度
01
干涉条纹的可见度与两束光波的 相位差和振幅有关。相位差越小 ，可见度越高；振幅越大，可见 度越高。
双光束干涉的原理
光程差
01
两束光在相遇点产生的光程差会导致相位发生变化，进而影响
干涉结果。
干涉加强
02
当两束光的光程差为半波长的偶数倍时，光强增强，形成明条
纹。
干涉减弱
03
当两束光的光程差为半波长的奇数倍时，光强减弱，形成暗条
纹。
02
双光束干涉实验装置
Chapter
光源
激光器
作为相干性好的光源，激光器能 够产生单色性好的光束，是双光 束干涉实验中的理想选择。
激光器稳定性误差
激光器的输出功率和波长可能会随时间变化，导 致干涉条纹的移动和变化。
探测器响应误差
探测器的响应速度和精度会影响对干涉条纹的记 录和分析。
THANKS
光的干涉光的干涉现象与应用
光的干涉光的干涉现象与应用光的干涉是一种光学现象，它是指两束或多束光波相互叠加后形成的干涉图样。
这种干涉现象广泛应用于光学领域，包括科学研究、仪器测量和光学设备等方面。
本文将从干涉现象的基本原理、干涉图样的特点以及应用于实际生活中的案例等方面进行探讨。
一、基本原理光的干涉是由于光波的相长相消引起的，其基本原理可以用叠加原理来解释。
当两束或多束光波相互叠加时，如果它们的相位差为整数倍的波长，那么它们将相长干涉，形成明纹；如果相位差为半个波长，那么它们将相消干涉，形成暗纹。
这种明暗纹交替出现的干涉图样可以通过观察屏幕、干涉仪器等方式进行观察与测量。
二、干涉图样的特点光的干涉图样具有一些特点，这些特点对于干涉现象的研究与理解非常重要。
首先，干涉图样是由一组交替分布的明暗条纹组成的，这些明暗条纹的宽度与光波的波长、入射光的角度以及干涉场的特性有关。
其次，干涉图样的条纹间距与入射光波的频率、波长以及干涉场的特性有关。
最后，干涉图样的条纹密度与入射光的强度、波长以及干涉场的特性有关。
三、实际应用光的干涉现象不仅在科学研究中发挥着重要作用，还在实际生活中得到了广泛的应用。
以下将介绍几个典型的应用案例。
1. 干涉仪器干涉仪器是利用光的干涉现象进行测量与测试的仪器。
例如，Michelson干涉仪是一种常见的干涉仪器，它可以用来测量光波的波长、光速以及折射率等物理量。
干涉仪器在光学研究、激光技术以及精密测量等领域起着至关重要的作用。
2. 干涉光栅干涉光栅是利用光的干涉现象制造的一种光学元件。
它可以通过光的干涉产生多条光斑，从而实现光的分光与分析。
干涉光栅广泛应用于光谱仪、激光表面扫描仪以及显示器等领域。
3. 干涉涂层干涉涂层是利用光的干涉原理来设计和制备的一种光学薄膜涂层。
它可以用于提高光学元件的透过率、反射率以及光学性能。
干涉涂层广泛应用于光学镜片、光学滤波器以及激光设备等领域。
4. 光学干涉显微镜光学干涉显微镜是一种利用光的干涉原理来观察和测量样品的光学显微镜。
物理光学8(1-15)
I (∆) = ∫ 2 I 0 (k )(1 + cos k ⋅ ∆ )dk
−∞ ∞ ∞ ∞
= ∫ 2 I 0 (k )dk + ∫ 2 I 0 (k ) cos(k ⋅ ∆)dk
−∞ ∞ −∞
= ∫ 2 I 0 (k )dk + 2 ∫ I 0 (k )[exp(ik∆) + exp(−ik∆)]dk
16
二、其他干涉技术 1、数字波面干涉术
目的：产生移动的干涉条纹，用光电器件探测条纹的变化。 基本原理：利用光学拍频中干涉条纹强度随时间变化的性质。
设：干涉光波频率为 ω，参考光波为ω + ∆ω。则合成的光波： E (x, y , t ) = E0 (x, y )exp{− i[δ(x, y ) + ωt ]}+ Er exp{− i[δ r + (ω + ∆ω)t ]}
δ=
4π
λ
nh cosθ 2 , h为常数，为等倾干涉。
（3）光强分布与 ρ 的关系
ρ ρ
ρ
ρ
ρ
随着反射率 ρ 的增大，透射光暗条纹的强度降低，亮条纹 的宽度变窄，条纹的锐度和对比度增大 29
(3)条纹间隔
当∆δ = 2π时，条纹变化一个级次 4π ∆δ＝ nh sin θ 2 ⋅ ∆θ 2 = 2π λ
2 2
光强分布：I (x, y , t ) = E 0 (x, y ) + E r + 2 E 0 ( x, y )E r cos{[δ r − δ ( x, y ) + ∆ωt ]}
I(x,y,t)
1 .0 0 .8
条纹是随时间 移动的量。
0 .6
0 .4
0 .2
−∞ ∞ ∞ ∞
= ∫ 2 I 0 (k )dk + ∫ 2 I 0 (k ) cos(k ⋅ ∆)dk
−∞ ∞ −∞
= ∫ 2 I 0 (k )dk + 2 ∫ I 0 (k )[exp(ik∆) + exp(−ik∆)]dk
16
二、其他干涉技术 1、数字波面干涉术
目的：产生移动的干涉条纹，用光电器件探测条纹的变化。 基本原理：利用光学拍频中干涉条纹强度随时间变化的性质。
设：干涉光波频率为 ω，参考光波为ω + ∆ω。则合成的光波： E (x, y , t ) = E0 (x, y )exp{− i[δ(x, y ) + ωt ]}+ Er exp{− i[δ r + (ω + ∆ω)t ]}
δ=
4π
λ
nh cosθ 2 , h为常数，为等倾干涉。
（3）光强分布与 ρ 的关系
ρ ρ
ρ
ρ
ρ
随着反射率 ρ 的增大，透射光暗条纹的强度降低，亮条纹 的宽度变窄，条纹的锐度和对比度增大 29
(3)条纹间隔
当∆δ = 2π时，条纹变化一个级次 4π ∆δ＝ nh sin θ 2 ⋅ ∆θ 2 = 2π λ
2 2
光强分布：I (x, y , t ) = E 0 (x, y ) + E r + 2 E 0 ( x, y )E r cos{[δ r − δ ( x, y ) + ∆ωt ]}
I(x,y,t)
1 .0 0 .8
条纹是随时间 移动的量。
0 .6
0 .4
0 .2
工程光学125典型双光束干涉系统及其应用.pptx
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。14:16:1314:16:1314:1611/25/2020 2:16:13 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.11.2514:16:1314:16Nov-2025-Nov-20 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。14:16:1314:16:1314:16Wednesday, November 25, 2020 • 13、志不立，天下无可成之事。20.11.2520.11.2514:16:1314:16:13November 25, 2020
可利用迈克耳孙干涉仪原理测量。
光源
参考镜 探测器
当参考光脉冲和信号
光脉冲序列（眼睛的不同 部位反射得到光脉冲序列） 中的某一个脉冲同时到达 探测器表面时,就会产生光 眼 学干涉现象。这种情形, 睛 只有当参考光与信号光的 这个脉冲经过相等光程时 才会产生。
因为10－15 秒的光脉冲大约只有一个波长。
典型双光束干涉系统
• 裴索干涉仪 • 迈克尔逊干涉仪 • 外差干涉原理 • 马赫－增德干涉仪
裴索干涉仪
定义：等厚干涉型的干涉系统统称为裴索干涉仪
平面干涉仪
等厚条纹
平晶
球面干涉仪
标准验规 待测透镜
待测工件
暗纹
h H •
e2
H
e
Michelson 干涉仪
迈克耳孙在工作
迈克耳孙
（A.A.Michelson ） 1852—1931 美籍德国人
等厚干涉型的干涉系统统称为裴索干涉仪等厚条纹待测工件标准验规待测透镜平面干涉仪球面干涉仪迈克耳孙在工作迈克耳孙aamichelson18521931美籍德国人因创造精密光学仪器用以进行光谱学和度量学的研究并精确测出光速获1907诺贝尔物因创造精密光学仪器用以进行光谱学和度量学的研究并精确测出光速获1907诺贝尔物michelson干涉仪迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心
可利用迈克耳孙干涉仪原理测量。
光源
参考镜 探测器
当参考光脉冲和信号
光脉冲序列（眼睛的不同 部位反射得到光脉冲序列） 中的某一个脉冲同时到达 探测器表面时,就会产生光 眼 学干涉现象。这种情形, 睛 只有当参考光与信号光的 这个脉冲经过相等光程时 才会产生。
因为10－15 秒的光脉冲大约只有一个波长。
典型双光束干涉系统
• 裴索干涉仪 • 迈克尔逊干涉仪 • 外差干涉原理 • 马赫－增德干涉仪
裴索干涉仪
定义：等厚干涉型的干涉系统统称为裴索干涉仪
平面干涉仪
等厚条纹
平晶
球面干涉仪
标准验规 待测透镜
待测工件
暗纹
h H •
e2
H
e
Michelson 干涉仪
迈克耳孙在工作
迈克耳孙
（A.A.Michelson ） 1852—1931 美籍德国人
等厚干涉型的干涉系统统称为裴索干涉仪等厚条纹待测工件标准验规待测透镜平面干涉仪球面干涉仪迈克耳孙在工作迈克耳孙aamichelson18521931美籍德国人因创造精密光学仪器用以进行光谱学和度量学的研究并精确测出光速获1907诺贝尔物因创造精密光学仪器用以进行光谱学和度量学的研究并精确测出光速获1907诺贝尔物michelson干涉仪迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心
双缝干涉实验与光学仪器的应用
望远镜在观测天体现象中的应用
80%
望远镜的种类
折射望远镜、反射望远镜和折反 射望远镜等。
100%
望远镜的原理
通过收集遥远天体发出的光线， 经过透镜或反射镜的聚焦，使得 人眼可以观察到天体。
80%
望远镜的应用
在天文学领域，望远镜被用于观 测恒星、行星、星系、星云等天 体现象，帮助人们了解宇宙的奥 秘。
双缝干涉实验与光学仪器的应 用
汇报人:XX
2024-01-13
目
CONTENCT
录
• 双缝干涉实验基本原理 • 光学仪器在双缝干涉实验中的应用 • 典型光学仪器介绍及其在实验中的
应用 • 双缝干涉实验在科学研究领域的应
用
目
CONTENCT
录
• 现代科技对双缝干涉实验的改进与 发展
• 总结与展望
01
光学显微镜技术
利用高分辨率的光学显微镜，可以观察到双缝干涉实验中微观粒子的干涉图样，提高实验的观测精度 。
干涉仪技术
采用激光干涉仪等技术，实现对双缝干涉实验中光程差的高精度测量，提高实验的测量精度和稳定性 。
新型探测器技术
单光子探测器
利用雪崩光电二极管等单光子探测器，实现对单个光子的探测和计数，为双缝干涉实验 提供了高灵敏度和低噪声的探测手段。
02
光学仪器在双缝干涉实验中的应用
激光器的使用及优点
激光器产生相干光
激光器能够产生单色性、方向性 和相干性极好的光束，为双缝干 涉实验提供理想的光源。
优点
激光具有高亮度、高方向性、高 单色性和高相干性等特点，使得 干涉条纹更加清晰、稳定，提高 了实验的精度和可重复性。
分束器、反射镜等辅助设备
分束器的作用
光学中的干涉现象及其应用
光学中的干涉现象及其应用干涉是光学中重要的现象之一，它产生于两束光相遇的地方，两束光交叉干涉形成明暗条纹，这种光的相遇称为干涉。
干涉现象在很多领域中都有广泛的应用，例如，光学传感器、科学研究、光学仪器等。
在本文中，我们将详细介绍光学中的干涉现象及其应用。
一、干涉现象的基本概念我们知道，光是一种电磁波，它具有波动性和粒子性。
当一束光遇到一种介质时，它会被散射、折射或反射。
当两束光相遇时，它们产生干涉。
要理解干涉现象，首先需要了解两束光的相位差和波长。
相位差是指两束光波的同一时刻的相位之差，它的大小决定了两束光波的干涉结果。
波长则是指光波传播一周期的长度，不同颜色的光波具有不同的波长。
当两束光波相遇时，它们之间的相位差决定了它们是否会增强或抵消。
当相位差为正整数倍的波长时，两束光波相加后会增强，形成明亮区域；当相位差为奇数倍的波长时，两束光波相加后会抵消，形成暗淡区域。
二、干涉现象的分类干涉现象可以分为两种类型：杨氏干涉和菲涅尔干涉。
1、杨氏干涉杨氏干涉是一种通过双缝实验产生的干涉现象。
当一束光通过双缝时，它会在屏幕上形成明暗相间的条纹。
这些条纹是由于两束光波的干涉产生的，并且它们的间距与双缝的间距和光的波长有关。
杨氏双缝干涉实验在精确定量测光的波长和探讨光的本质问题时有广泛应用。
2、菲涅尔干涉菲涅尔干涉是一种通过菲涅尔光圈产生的干涉现象。
当一束光通过菲涅尔光圈时，光的相位将发生变化，导致干涉条纹的出现。
这种干涉现象在精确测量长距离、检测大面积、非接触式测量等方面有着广泛的应用。
三、干涉现象的应用1、光学传感器光学传感器是利用光学干涉现象测量物体形态大小和表面粗糙度的一种技术。
通过光学干涉产生的干涉条纹可以精确测量物体的形态和大小。
光学传感器在半导体、航天、汽车等领域的应用越来越广泛。
2、科学研究干涉现象在科学研究中有着广泛的应用，例如，在天文学领域中，用干涉技术可以构建高分辨率望远镜，以获得更清晰的天体影像。
《双光束干涉》PPT课件
18
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菲涅耳双面镜装置示意图
P
s
P1
M1
L
s1
d
s2
C
M2
P2
11/24/2020
r0
19
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劳埃德镜示意图
P'
P
s1
d
ML
P0
s2
d'
狭缝S1被强单色光照射，作为单色线状光源；
S1经M所成的虚像S2与S1构成相干光源；
入射角i1接近90o－掠射，可使很小。
注意
•1当1/2屏4/2与020M接触时，P0点出现暗纹，原因是光在M
• 也就是说，凡入射角相同的光，形成同一干涉 条纹。通常把这种干涉条纹称为等倾干涉。
11/24/2020
25
从点光源发出的单条光线的光路
11/24/2020
26
等倾干涉 从点光源发出的锥面上光线的光路
11/24/2020
27
(2) 等倾干涉条纹的特性
• 一等倾干涉条纹的 形状与观察透镜放 置的方位有关。
时，肉眼或探测仪器就将观察不到稳定的条纹分布。 • 因此11/，24为/20了20 产生干涉现象，要求两叠加光束的频率尽量相等6。
(2) 对叠加光束振动方向的要求
• 当两光束光强相等，则条纹可见度为V=cosθ
• 若θ=0，两光束的振动方向相同时，V=1，干涉条纹最
清晰； • 若θ=π/2，两光束正交振动时，V=0，不发生干涉； • 当0＜θ＜π/2时，0＜V＜1，干涉条纹清晰度介于上
• 对应于光源S发出的同一入射角的光束，经平板产生的两束透射
光和两束反射光的光程差恰好相差λ/2，相位差相差π； • 透射光与反射光的等倾干涉条纹是互补的，即对应反射光干涉条
干涉-3
Contour lines Fringes of equal thickness
7
4、马赫－曾德干涉仪 （Mach-Zehnder interferometer）
与Michelson 干涉仪相比： 有两个探测器
半透明 镀银层
对于探测器1两支光的光程差为： （λ/2＋ λ/2＋δ）－ （δ＋λ/2＋ λ/2）＝0（constructive) U D 对于探测器2两支光的光程差为： （λ/2＋ λ/2＋2δ）－ （δ＋λ/2＋ δ ）＝ λ/2（destructive)
光强分布： I (x, y, t ) = E0 (x, y) + Er + 2E0 ( x, y)Er cos{[δ r − δ ( x, y) + ∆ω ⋅ t ]}
2 2
+ E r exp{− i[δ r + (ω + ∆ω )t ]}
I(x,y,t)
1 .0
0 .8
条纹是随时 间变化的量。
0 .6
11
2、傅里叶变换光谱仪 原理：利用光源的相干长度对条纹可见度的影响，测 量光源的光谱分布。
相干长度：光谱宽度为∆λ的光源能够产生干涉的最大光程差 设：I0(k)为随波数而变化的谱密度函数，整个光谱分布在（-∝， +∝）之间，∆为两光路的光程差。则：
I (∆) = ∫ 2 I 0 (k )(1 + cos k ⋅ ∆ )dk
3
2、迈克尔逊干涉仪
17- 6
迈克耳逊干涉仪
反射镜 2
M1 M2 G2 M1
反 射 镜 1
单 色 光 源
G1
半透明 镀银层
补偿玻璃板
迈克耳孙干涉 仪的两臂中便 于插放待测样 品，由条纹的 变化测量有关 参数。精度高。
7
4、马赫－曾德干涉仪 （Mach-Zehnder interferometer）
与Michelson 干涉仪相比： 有两个探测器
半透明 镀银层
对于探测器1两支光的光程差为： （λ/2＋ λ/2＋δ）－ （δ＋λ/2＋ λ/2）＝0（constructive) U D 对于探测器2两支光的光程差为： （λ/2＋ λ/2＋2δ）－ （δ＋λ/2＋ δ ）＝ λ/2（destructive)
光强分布： I (x, y, t ) = E0 (x, y) + Er + 2E0 ( x, y)Er cos{[δ r − δ ( x, y) + ∆ω ⋅ t ]}
2 2
+ E r exp{− i[δ r + (ω + ∆ω )t ]}
I(x,y,t)
1 .0
0 .8
条纹是随时 间变化的量。
0 .6
11
2、傅里叶变换光谱仪 原理：利用光源的相干长度对条纹可见度的影响，测 量光源的光谱分布。
相干长度：光谱宽度为∆λ的光源能够产生干涉的最大光程差 设：I0(k)为随波数而变化的谱密度函数，整个光谱分布在（-∝， +∝）之间，∆为两光路的光程差。则：
I (∆) = ∫ 2 I 0 (k )(1 + cos k ⋅ ∆ )dk
3
2、迈克尔逊干涉仪
17- 6
迈克耳逊干涉仪
反射镜 2
M1 M2 G2 M1
反 射 镜 1
单 色 光 源
G1
半透明 镀银层
补偿玻璃板
迈克耳孙干涉 仪的两臂中便 于插放待测样 品，由条纹的 变化测量有关 参数。精度高。
《双光束干涉》课件
在双光束干涉实验中，测量仪器通常 包括显微镜、测微器和光电探测器等。
03
双光束干涉的实验操作
实验准备
01
02
03
实验器材
包括分束器、反射镜、光 屏、激光器、测量尺等。
实验环境
确保实验室环境安静、无 风，避免外界因素干扰实 验结果。
安全措施
确保实验人员佩戴护目镜， 避免激光直接照射眼睛。
实验步骤
安装调试
按照实验要求，正确安 装和调试实验器材，确
保光路正确。
开启激光器
调整激光器输出功率， 使光束稳定。
观察干涉现象
观察双光束在光屏上的 干涉现象，记录干涉条
纹。
改变实验条件
可改变光束角度、光束 间距等条件，观察干涉
现象的变化。
数据处理与分析
数据记录
详细记录不同实验条件下 干涉条纹的数量、宽度和 分布。
改进方法一
使用更稳定的光源，如激光， 以减小光波相位差的不稳定性
。
改进方法二
使用高精度测量设备，确保双 缝宽度和间距的准确性。
THANKS
感谢观看
干涉现象
干涉现象是指两束或多束相干波在空 间某些区域相遇时，相互叠加而形成 的稳定强度分布现象。
干涉现象是波动性的重要特征之一， 是双光束干涉的基础。
双光束干涉的形成原理
双光束干涉是指两束相干光在空间相遇并相互叠加，形成稳 定的干涉现象。
双光束干涉的形成原理基于光的波动性和相干性，当两束相 干光波的相位差恒定时，它们在空间某些区域形成稳定的干 涉图案。
数据处理
对记录的数据进行计算和 处理，求出干涉条纹的间 距和角度。
结果分析
根据数据处理结果，分析 双光束干涉的规律和特点， 得出结论。
工程光学 第11章 光的干涉和干涉系统
第十一章 光的干涉和干涉系统
❖ 光波的干涉条件 ❖ 杨氏干涉实验 ❖ 干涉条纹的可见度 ❖ 平板的双光束干涉 ❖ 典型的双光束干涉系统及其应用
• 1、什么是干涉现象 在两个或多个光波叠加的区域，某些点
的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱， 形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象 称为光的干涉现象。（肥皂泡、下雨天水面 上的油膜呈现的美丽色彩等）
对于亮条纹，＝m；有： x2 m 2
2
y2 z2
d
2
2
m
2
2
1
二、两个点源在空间形成的干涉场
在平面上:干涉条纹是等光程差的线； 而在三维空间中:
在三维空间 中，干涉结
果：等光程 差面
局部位置条纹
本节内容回顾
1、干涉现象和干涉条件
2、P点的干涉条纹强度： I I1 I2 I1I2 cos
(x
d 2
)2
y2
D2
S1
r2 2
(x
d 2
)2
y2
D2
S
O
S2
d
r22 r12 (r2 r1)(r2 r1)
x r1 r2
D
r22 r12 2xd
光程差：
r2
r1
2xd r2 r1
2xd 2D
d D
x
d D, r1 r2 2D
则：I＝4I0
cos2
kd 2D
x
4I0
cos2
2、相干光波和相干光源 能够产生干涉的光波，叫相干光波；
其光源称为相干光源。第一节 光波的干涉条件一、光波相遇区某点光强
I
E•E
1 T
(E • E)dt
T
❖ 光波的干涉条件 ❖ 杨氏干涉实验 ❖ 干涉条纹的可见度 ❖ 平板的双光束干涉 ❖ 典型的双光束干涉系统及其应用
• 1、什么是干涉现象 在两个或多个光波叠加的区域，某些点
的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱， 形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象 称为光的干涉现象。（肥皂泡、下雨天水面 上的油膜呈现的美丽色彩等）
对于亮条纹，＝m；有： x2 m 2
2
y2 z2
d
2
2
m
2
2
1
二、两个点源在空间形成的干涉场
在平面上:干涉条纹是等光程差的线； 而在三维空间中:
在三维空间 中，干涉结
果：等光程 差面
局部位置条纹
本节内容回顾
1、干涉现象和干涉条件
2、P点的干涉条纹强度： I I1 I2 I1I2 cos
(x
d 2
)2
y2
D2
S1
r2 2
(x
d 2
)2
y2
D2
S
O
S2
d
r22 r12 (r2 r1)(r2 r1)
x r1 r2
D
r22 r12 2xd
光程差：
r2
r1
2xd r2 r1
2xd 2D
d D
x
d D, r1 r2 2D
则：I＝4I0
cos2
kd 2D
x
4I0
cos2
2、相干光波和相干光源 能够产生干涉的光波，叫相干光波；
其光源称为相干光源。第一节 光波的干涉条件一、光波相遇区某点光强
I
E•E
1 T
(E • E)dt
T
工程光学第10章_光的干涉和干涉系统综述
《工程光学》多媒体课件
第十章 光的干涉和干涉系统
第二节 杨氏干涉实验
双 孔
光 源 激光器
透 镜
显示屏
小 孔
杨氏干涉实验装置
《工程光学》多媒体课件
第十章 光的干涉和干涉系统
第二节 杨氏干涉实验
一．干涉图样计算
１． P 点光强计算 小孔 S1 和 S 2 对称设 置且大小相等，所以两 孔发出的光波在显示屏 上 P 点的光强项等，即 I 1 I 2 I 0 ，则 P 点的 干涉条纹强度分布为：
有关。下面分析这两项： E1 cos
E1
• •
E2 E1
E1 （1）频率相同
两光波的频率必须相同，否则两光波的频率差所引起的随 E1 sin 将使得干涉项 I12 时间 t 的变化而变化的相位差 (a) (b等于零。 ) （2）振动方向相同 ①两光波振动方向垂直时， A1 A2 0 ，I12 0 ②两光波振动方向相同时 （图b）， I12 A1 A2cos ③两光波振动方向有夹角 时， I12 A1 A2coscos 很小时可忽略。(图a)
I
O
K 1 。对
比度最好
O
③当 A1 A2 时， K 1 。两光波的振幅 相差越大， K 越小（可见度越低）
2 I1 I 2
I I1 I 2
IM
Im
2 I1 I 2
I1 I 2
IM
Im
2I 0
I I1 I 2
《工程光学》多媒体课件
第十章 光的干涉和干涉系统
第三节 干涉条纹的可见度
一．两相干光束振幅比的影响
2 I1 I 2 2( A1 / A2 ) K I1 I 2 1 ( A1 / A2 )2
工程光学讲稿(干涉)
第十章 光的干涉和干涉系统
第一节 光波的干涉条件
一、干涉现象
1、在两个光波叠加的区域形成稳定的光强分布的现象，称为光的干涉现象。 、在两个光波叠加的区域形成稳定的光强分布的现象，称为光的干涉现象。 2、相干光波和相干光源够产生干涉 、 的光波，叫相干光波； 的光波，叫相干光波；其光源称为相 干光源。 干光源。
dI = 2 I 0 dx'[1 + cos k ( ∆' + ∆ )]
式中， 和 分别是从 式中，∆’和∆分别是从 c点到 点一对相干光在 点到P点一对相干光在 点到 干涉系统左右方的光程 差。 （由双光束干涉可知： 由双光束干涉可知：
I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 cos δ 当I 1＝I 2＝I 0时 I = 2 I 0 (1 + cos δ )
e= 或
( m + 1)λ D m λ D λ D − = d d d e=
λ
d D
两条相干光线的夹角为相干光束的会聚角， 表示。 由r1,r2两条相干光线的夹角为相干光束的会聚角，用ω表示。 在杨氏干涉中， 在杨氏干涉中， ω＝λ/D 所以 e =λ/ω
5、干涉条纹间隔的影响因素 、 条纹间隔： 条纹间隔： ①相干波源到接收屏之间的距离D成正比。 相干波源到接收屏之间的距离D成正比。 ②两相干波源之间的距离d成反比。 两相干波源之间的距离d成反比。 ③波长成正比λ。 波长成正比λ 干涉条纹间隔与波长的关系： 干涉条纹间隔与波长的关系： e∝λ，e∝1/ω。 条纹间隔 e∝λ，e∝1/ω。
结论： 结论： ①、干涉条纹代表着光程差的等值线。 干涉条纹代表着光程差的等值线。 ②、相邻两个干涉条纹之间其光程差变化量为一个波长λ，位相差变化 。 相邻两个干涉条纹之间其光程差变化量为一个波长 ，位相差变化2π。 ③、在同一条纹上的任意一点到两个光源的光程差是恒定的。 在同一条纹上的任意一点到两个光源的光程差是恒定的。 4、条纹的间隔： 、条纹的间隔： 条纹间隔e： 条纹间隔 ：
第一节 光波的干涉条件
一、干涉现象
1、在两个光波叠加的区域形成稳定的光强分布的现象，称为光的干涉现象。 、在两个光波叠加的区域形成稳定的光强分布的现象，称为光的干涉现象。 2、相干光波和相干光源够产生干涉 、 的光波，叫相干光波； 的光波，叫相干光波；其光源称为相 干光源。 干光源。
dI = 2 I 0 dx'[1 + cos k ( ∆' + ∆ )]
式中， 和 分别是从 式中，∆’和∆分别是从 c点到 点一对相干光在 点到P点一对相干光在 点到 干涉系统左右方的光程 差。 （由双光束干涉可知： 由双光束干涉可知：
I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 cos δ 当I 1＝I 2＝I 0时 I = 2 I 0 (1 + cos δ )
e= 或
( m + 1)λ D m λ D λ D − = d d d e=
λ
d D
两条相干光线的夹角为相干光束的会聚角， 表示。 由r1,r2两条相干光线的夹角为相干光束的会聚角，用ω表示。 在杨氏干涉中， 在杨氏干涉中， ω＝λ/D 所以 e =λ/ω
5、干涉条纹间隔的影响因素 、 条纹间隔： 条纹间隔： ①相干波源到接收屏之间的距离D成正比。 相干波源到接收屏之间的距离D成正比。 ②两相干波源之间的距离d成反比。 两相干波源之间的距离d成反比。 ③波长成正比λ。 波长成正比λ 干涉条纹间隔与波长的关系： 干涉条纹间隔与波长的关系： e∝λ，e∝1/ω。 条纹间隔 e∝λ，e∝1/ω。
结论： 结论： ①、干涉条纹代表着光程差的等值线。 干涉条纹代表着光程差的等值线。 ②、相邻两个干涉条纹之间其光程差变化量为一个波长λ，位相差变化 。 相邻两个干涉条纹之间其光程差变化量为一个波长 ，位相差变化2π。 ③、在同一条纹上的任意一点到两个光源的光程差是恒定的。 在同一条纹上的任意一点到两个光源的光程差是恒定的。 4、条纹的间隔： 、条纹的间隔： 条纹间隔e： 条纹间隔 ：
双光束干涉仪的原理和应用
应用场景：研究光学材 料的光学性能，优化光 学系统设计
优势：高精度、高灵敏 度，可测量各种光学材 料的色散特性
未来发展：随着光学技 术和干涉技术的发展， 双光束干涉仪在光学材 料色散特性测量方面将 会有更广泛的应用
THANKS
汇报人：XX
干涉图样：干涉条纹的形状和分布取决于 光波的波长、双光束的角度和两束光波的 相位差
干涉条纹的分析
干涉现象：两束光波在空间相遇时，产生明暗相间的干涉条纹 干涉条件：光波的频率、振动方向、传播方向相同，相位差恒定 干涉图样：等间距、等宽度的条纹，呈现特定的色彩和亮度 应用领域：光学测量、光学仪器、量子光学等领域
应用范围：适用于各种光学材料的折射率测量，尤其适用于高精度、高稳定性的光学材料
优势：精度高、稳定性好、可重复性好
未来发展：随着光学材料和光学技术的不断发展，双光束干涉仪在光学材料折射率测量方面的 应用将更加广泛和重要
测量光学材料的色散特性
测量原理：利用双光束 干涉仪产生干涉图样， 通过分析干涉图样变化 来测量光学材料的色散 特性
反射镜：改变光束 的方向
干涉仪：观察干涉 现象并测量干涉条 纹的位置和移动
干涉条纹的形成
光的波动性：光波在传播过程中遇到障碍 物时会产生衍射和干涉现象
干涉条件：两束光波的频率相同、相位差 恒定、振动方向相同
双光束干涉：两束相干光波在空间相遇 后，在某些区域发生干涉加强，形成明 亮的干涉条纹，而在另一些区域发生干 涉相消，形成暗的干涉条纹
双光束干涉仪的原理和 应用
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 双 光 束 干 涉 仪 的 原
光学干涉现象及其应用
光学干涉现象及其应用光学干涉是光学中的一种重要现象，它指的是两束或多束光波相遇时发生干涉，其中光波的干涉可表现为明暗相间的曲纹或条纹。
这一现象的应用广泛，涵盖了光学领域的许多方面，如波动光学、干涉仪器等。
本文将探讨光学干涉现象的基本原理以及它所应用的一些具体领域。
其一，光学干涉现象的原理。
在光学干涉现象中，光波的干涉是由光波的波面形状改变引发的。
当两束光波相遇时，它们的波峰和波谷会相互叠加或相互抵消，从而形成干涉曲纹。
光波的波动性是干涉现象发生的基础，因为光波由电场和磁场构成，波面的形状取决于电场的相位差。
而两束或多束光波的相位差是有规律的，可以通过多种方式调节。
当相位差满足一定条件时，干涉曲纹即可观察到。
其二，光学干涉的应用之一是干涉仪器。
光学干涉仪器是用于精确测量和分析光波干涉的设备，例如干涉计、干涉测量仪等。
这些仪器利用了光学干涉现象的稳定性和可调性，通过测量干涉曲纹的变化来获取物体的形状、薄膜的厚度、介质的折射率等信息。
例如，白光干涉仪常用于薄膜厚度的测量，它通过调节薄膜表面的反射率来改变光波的相位差，从而观察到干涉曲纹，并根据曲纹的变化来计算薄膜的厚度。
这类干涉仪器在科学研究、工程应用等领域具有重要意义。
其三，光学干涉的应用之二是波动光学。
波动光学是光学中研究光波的传播和干涉现象的分支学科，它涵盖了许多重要的概念和理论，如惠更斯原理、杨氏双缝干涉、薄膜干涉等。
通过波动光学的研究，人们深入理解了光波的性质和行为，为光学领域的其他应用奠定了基础。
例如，波动光学理论解释了为什么彩色薄膜会产生干涉条纹，并为色散现象提供了解释。
此外，波动光学还在激光技术、光纤通信、光学仪器等领域中有着广泛的应用。
除了以上提到的应用外，光学干涉还在其他领域有所应用，例如光学图像处理、光学传感等。
光学图像处理中的干涉现象可用于提高图像的分辨率和对比度，通过调节相位差来增强图像的细节信息。
光学传感中，光学干涉可用于测量温度、压力、位移等物理量的变化，通过观察干涉曲纹的移动或形态变化来得到所需的信息。
12.5 典型的双光束干涉系统及其应用
求空气的折射率？
10
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 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.
11
量值溯源 各个国家计量机构计量型原子力显微镜（C-AFM） 通过激光干涉仪将微纳米测量溯源于激光波长标准。
12
(37)
角半径表征了条纹的半径 大小 平板厚度越大，条纹角半 径就越小，条纹半径越小
角间距表征了相邻两条纹
之间的距离 靠近中心的条纹较疏，离
中心越远的条纹约密
4
当 M1 向 M’2 移动时(虚平板厚度减小)，圆环条纹向中心 收缩，并在中心一一消失。条纹会变粗(因为 h 变小，角
间距Δθ1变大)，同一视场中的条纹数变少。
整个仪器的原理就是 双光束干涉
M1 M 2
K
Ⅰ
A E
ⅡJ
D
C
T
M2
P
3
迈克尔逊干涉仪的等倾干涉
如果调节M2，使得 M’2 与 M1 平行，所观察到的干涉 图样就是一组等倾干涉圆环。可以利用干涉环的角半 径和角间距理论来分析
条纹角半径
1N
1 n'
n
h
N 1 q
(36)
条纹角间距
1
n 2n '2 1h
①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； ③首次将光谱线的波长与标准米进行了比较，建立 了以光波长为基准的标准长度。
2
迈克尔逊干涉仪的结构
M2关于D的像M’2与 M1平行与否，所成的 虚空气平板就会有虚 平行平板和虚楔形平 板之分。
光线I和II是从通过一 S 条光线经过D分光获 得。
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▲ 图像的横向分辨率由光束的直径决定。
2. 实验装置 ——光纤化的迈克耳孙干涉仪 Nhomakorabea反
光源
射
镜
探
光纤耦合器
样
测
品
器
光纤聚焦器
电子学系统
计算机
3. 应用
生物 医学 材料科学 ·····
大葱表皮的 OCT 图像 实际样品大小为10mm×4mm，图中横向分辨率约
为20m，纵向分辨率约为25m。
兔子眼球前部的OCT图像
学和度量学的研究, 并精确测出光速, 获1907 诺贝尔物 理奖。
迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心。 爱因斯坦： 我总认为迈克耳孙是科学中的艺术家，他的最大
乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛， 他从来不认为自己在科学上是个严格的”专家”，事实上 的确不是，但始终是个艺术家。
许多著名的实验都堪称科学中的艺术，如：全息 照相实验、吴健雄实验、施—盖实验等等。
▲ 光学相干CT — 断层扫描成像新技术 （Optical Coherence Tomography，简称 OCT）
计算机断层成像 （CT-Computed Tomography）
第一代： X射线 CT
射线 CT－工业CT
第二代： NMR CT－核磁共振成像 第三代：光学相干CT－OCT
利用迈克耳孙干涉仪原理测量,空间分辨率可达微米 的量级.
工程光学125典型双光束干 涉系统及其应用
裴索干涉仪
定义：等厚干涉型的干涉系统统称为裴索干涉仪
平面干涉仪
等厚条纹
平晶
球面干涉仪
标准验规 待测透镜
待测工件
暗纹
H
e
Michelson 干涉仪
迈克耳孙在工作
迈克耳孙（
A.A.Michelson ） 1852—1931 美籍德国人
因创造精密光学仪
器，用以进行光谱
相长 相消
等倾和等厚干涉
干涉条纹和虚空气膜的对应关系
迈克耳孙干涉仪
三、应用：
▲ 测量微小位移
以波长为尺度，可精确到
▲ 测折射率： M1
光路a2中插入待测介质，产生 附加光程差
n
a2
l
注意 光通过介质两次 若相应移过 N 个条纹
则应有
由此可测折射率n 。
用迈克耳孙干涉仪测气流
问题 能否根据上述干涉花样描述气流的分布状况？
(2)由于物体变化所产生的多普勒频移信息是载于稳 定的差频上，且其频率较高（几兆至100兆赫）,因此，光 电探测时避过了激光器的低频噪声和半导体器件的高频 噪声区;又利用频率跟踪等外差解调技术大量滤除了宽带 噪声，因此提高了光电信号的信噪比。
(3) 利用多普勒效应，计数器计频率差的变化，不受 激光强度和磁场变化的影响。在光强度衰减90％时仍可得 到满意的信号，这对于远距离测量是十分重要的，同时在 近距离测量时又能简化调整工作。
(4) 测量精度不受空气湍流的影响，无需预热时间。
测量不同结构层面返回的光延迟，只须移动参考 镜，使参考光分别与不同的信号光产生干涉。
分别记录下相应的参考镜的空间位置，这些位置 便反映了眼球内不同结构的相对空间位置。
参考镜
参考臂扫描可得到样品深度
光源
眼 方向的一维测量数据。光束在 睛 平行于样品表面的方向进行扫
描测量，可得到横向的数据。
将得到的信号经计算机处理，
可利用迈克耳孙干涉仪原理测量。
光源
参考镜 探测器
当参考光脉冲和信号
光脉冲序列（眼睛的不同 部位反射得到光脉冲序列） 中的某一个脉冲同时到达 探测器表面时,就会产生光 眼 学干涉现象。这种情形, 睛 只有当参考光与信号光的 这个脉冲经过相等光程时 才会产生。
因为10－15 秒的光脉冲大约只有一个波长。
探测器
便可得到样品的立体断层图像 。
（2）样品反射光脉冲强度的处理 不同材料或结构的样品反射光的强度不同。根据反射光
信号的强弱，赋予其相应的色彩，这样便得到样品的假彩 色图。
（3）OCT成像的特点： ▲ 对光程较长的多次散射光有极强的抑制作用。 即使透明度很差的样品,仍可得到清晰的图像。 ▲图像的断层分辨率由光的脉宽决定。
反射镜 M1 虚薄膜
M2
光源 S
半透半反膜
a1′
a1
G1
G2
M2
反
a2 射 镜
补偿板
a2′
E 观测装置
激光器光源
反射镜M1 扩束镜
反射镜M2
分光板 补偿板
观察屏
M2移动导轨
反射镜 M1 虚薄膜
M2
二 、工作原理
光源
S
半透半反膜
a1
G1
G2 M2 反
a2 射 镜
补偿板
a1′ a2′
补偿板作用：补偿两臂的附 加光程差。
1、原理
t
（1）样品反射光脉冲的延迟时间
样
品
样品中不同位置处反射的
光脉冲延迟时间也不同：
d
数量级估计：
要实现微米量级的空间分辨率（即d m），就要
求能测量 t 10 -14 秒的时间延迟。 激光器的脉冲宽度要很小—10－15秒（飞秒）
时间延迟短至10-14-10-15s，电子设备难以直接测量，
睫状体 晶状体上皮 角膜后表面
角膜前表面
外差干涉法 heterodyne interferometer
L1 S
M1
D 频率偏移器
M2
L2
A
B
P
外差干涉的原理
其中
AB
△t T
双频激光干涉仪
双频激光干涉仪的特点
(1) 光电探测器接收信号为交流信号，前置放大器为 高倍数的交流放大器，不用直流放大，故没有零点漂移等 问题。
重要的物理思想＋巧妙的实验构思 ＋精湛的实验技术 科学中的艺术
振幅分割型双光束干涉仪； 许多现代干涉计量仪器的基础。 1 构造和光路
不同方位看到的Michelson 干涉仪装置
B: beam-splitter(分束镜); C: compensator(补偿器); M1, M2: mirrors (反射镜)
光束 a2′和 a1′发生干涉
E 观测装置 十字叉丝
▲ M2、M1平行 等倾条纹
等厚条纹
▲ M2、M1有小夹角 等厚条纹
迈克耳孙等倾干涉
迈克耳孙等厚干涉
三、光程差计算 ∵ M2′M1为虚薄膜，n1=n2=1 ∴ 光束 a2′和 a1′无半波损失且入射角i1等于反射角i2
四、极值条件
若M1平移h时 光程差改变 2h 干涉条纹移过N条
2. 实验装置 ——光纤化的迈克耳孙干涉仪 Nhomakorabea反
光源
射
镜
探
光纤耦合器
样
测
品
器
光纤聚焦器
电子学系统
计算机
3. 应用
生物 医学 材料科学 ·····
大葱表皮的 OCT 图像 实际样品大小为10mm×4mm，图中横向分辨率约
为20m，纵向分辨率约为25m。
兔子眼球前部的OCT图像
学和度量学的研究, 并精确测出光速, 获1907 诺贝尔物 理奖。
迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心。 爱因斯坦： 我总认为迈克耳孙是科学中的艺术家，他的最大
乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛， 他从来不认为自己在科学上是个严格的”专家”，事实上 的确不是，但始终是个艺术家。
许多著名的实验都堪称科学中的艺术，如：全息 照相实验、吴健雄实验、施—盖实验等等。
▲ 光学相干CT — 断层扫描成像新技术 （Optical Coherence Tomography，简称 OCT）
计算机断层成像 （CT-Computed Tomography）
第一代： X射线 CT
射线 CT－工业CT
第二代： NMR CT－核磁共振成像 第三代：光学相干CT－OCT
利用迈克耳孙干涉仪原理测量,空间分辨率可达微米 的量级.
工程光学125典型双光束干 涉系统及其应用
裴索干涉仪
定义：等厚干涉型的干涉系统统称为裴索干涉仪
平面干涉仪
等厚条纹
平晶
球面干涉仪
标准验规 待测透镜
待测工件
暗纹
H
e
Michelson 干涉仪
迈克耳孙在工作
迈克耳孙（
A.A.Michelson ） 1852—1931 美籍德国人
因创造精密光学仪
器，用以进行光谱
相长 相消
等倾和等厚干涉
干涉条纹和虚空气膜的对应关系
迈克耳孙干涉仪
三、应用：
▲ 测量微小位移
以波长为尺度，可精确到
▲ 测折射率： M1
光路a2中插入待测介质，产生 附加光程差
n
a2
l
注意 光通过介质两次 若相应移过 N 个条纹
则应有
由此可测折射率n 。
用迈克耳孙干涉仪测气流
问题 能否根据上述干涉花样描述气流的分布状况？
(2)由于物体变化所产生的多普勒频移信息是载于稳 定的差频上，且其频率较高（几兆至100兆赫）,因此，光 电探测时避过了激光器的低频噪声和半导体器件的高频 噪声区;又利用频率跟踪等外差解调技术大量滤除了宽带 噪声，因此提高了光电信号的信噪比。
(3) 利用多普勒效应，计数器计频率差的变化，不受 激光强度和磁场变化的影响。在光强度衰减90％时仍可得 到满意的信号，这对于远距离测量是十分重要的，同时在 近距离测量时又能简化调整工作。
(4) 测量精度不受空气湍流的影响，无需预热时间。
测量不同结构层面返回的光延迟，只须移动参考 镜，使参考光分别与不同的信号光产生干涉。
分别记录下相应的参考镜的空间位置，这些位置 便反映了眼球内不同结构的相对空间位置。
参考镜
参考臂扫描可得到样品深度
光源
眼 方向的一维测量数据。光束在 睛 平行于样品表面的方向进行扫
描测量，可得到横向的数据。
将得到的信号经计算机处理，
可利用迈克耳孙干涉仪原理测量。
光源
参考镜 探测器
当参考光脉冲和信号
光脉冲序列（眼睛的不同 部位反射得到光脉冲序列） 中的某一个脉冲同时到达 探测器表面时,就会产生光 眼 学干涉现象。这种情形, 睛 只有当参考光与信号光的 这个脉冲经过相等光程时 才会产生。
因为10－15 秒的光脉冲大约只有一个波长。
探测器
便可得到样品的立体断层图像 。
（2）样品反射光脉冲强度的处理 不同材料或结构的样品反射光的强度不同。根据反射光
信号的强弱，赋予其相应的色彩，这样便得到样品的假彩 色图。
（3）OCT成像的特点： ▲ 对光程较长的多次散射光有极强的抑制作用。 即使透明度很差的样品,仍可得到清晰的图像。 ▲图像的断层分辨率由光的脉宽决定。
反射镜 M1 虚薄膜
M2
光源 S
半透半反膜
a1′
a1
G1
G2
M2
反
a2 射 镜
补偿板
a2′
E 观测装置
激光器光源
反射镜M1 扩束镜
反射镜M2
分光板 补偿板
观察屏
M2移动导轨
反射镜 M1 虚薄膜
M2
二 、工作原理
光源
S
半透半反膜
a1
G1
G2 M2 反
a2 射 镜
补偿板
a1′ a2′
补偿板作用：补偿两臂的附 加光程差。
1、原理
t
（1）样品反射光脉冲的延迟时间
样
品
样品中不同位置处反射的
光脉冲延迟时间也不同：
d
数量级估计：
要实现微米量级的空间分辨率（即d m），就要
求能测量 t 10 -14 秒的时间延迟。 激光器的脉冲宽度要很小—10－15秒（飞秒）
时间延迟短至10-14-10-15s，电子设备难以直接测量，
睫状体 晶状体上皮 角膜后表面
角膜前表面
外差干涉法 heterodyne interferometer
L1 S
M1
D 频率偏移器
M2
L2
A
B
P
外差干涉的原理
其中
AB
△t T
双频激光干涉仪
双频激光干涉仪的特点
(1) 光电探测器接收信号为交流信号，前置放大器为 高倍数的交流放大器，不用直流放大，故没有零点漂移等 问题。
重要的物理思想＋巧妙的实验构思 ＋精湛的实验技术 科学中的艺术
振幅分割型双光束干涉仪； 许多现代干涉计量仪器的基础。 1 构造和光路
不同方位看到的Michelson 干涉仪装置
B: beam-splitter(分束镜); C: compensator(补偿器); M1, M2: mirrors (反射镜)
光束 a2′和 a1′发生干涉
E 观测装置 十字叉丝
▲ M2、M1平行 等倾条纹
等厚条纹
▲ M2、M1有小夹角 等厚条纹
迈克耳孙等倾干涉
迈克耳孙等厚干涉
三、光程差计算 ∵ M2′M1为虚薄膜，n1=n2=1 ∴ 光束 a2′和 a1′无半波损失且入射角i1等于反射角i2
四、极值条件
若M1平移h时 光程差改变 2h 干涉条纹移过N条