光纤干涉ppt课件
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光的干涉ppt课件
振幅A＝A1+A2为最大，P点总是振动加强的地方，故出现亮纹。
（2）第一暗纹形成原因
S1
P1
S1
S2
P1
d
P
S2
d =λ/2
S1
P1
P1S1
S2
P1S2
d
P1
光程差d= λ/2 ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。(暗）
（4）双缝干涉规律
P1
光程差： s
亮纹：
暗纹：
S1
L1 L2
减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的
区域与振动减弱的区域相互间隔.这种
现象叫波的干涉。
光是一种电磁波，那么光也应该发生干涉现象，怎样才能观察光的干涉现象呢？
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光
的干涉现象
思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？
相干光源（频率相同,振动方向相同,相位差恒定）
L越大，相邻的亮纹间距越大
2、白光的干涉图样特点：
（1）明暗相间的彩色条纹；
（2）中央为白色亮条纹；
（3）干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；
（4）在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
三、薄膜干涉
1、原理
水面上的油膜呈彩色
2、应用
平滑度检测
镀了增透膜的镜片
增透膜厚度：
薄膜厚度
d
在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入
思考2：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
天才的设想
巧妙解决了相干光问题
单缝
光
束
s0
双缝
屏幕
s1
s2
托马斯·杨
（2）第一暗纹形成原因
S1
P1
S1
S2
P1
d
P
S2
d =λ/2
S1
P1
P1S1
S2
P1S2
d
P1
光程差d= λ/2 ，S1、S2在P1处步调相反，该点振动减弱。(暗）
（4）双缝干涉规律
P1
光程差： s
亮纹：
暗纹：
S1
L1 L2
减弱(波峰与波谷叠加);且振动加强的
区域与振动减弱的区域相互间隔.这种
现象叫波的干涉。
光是一种电磁波，那么光也应该发生干涉现象，怎样才能观察光的干涉现象呢？
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光
的干涉现象
思考1：光要发生干涉现象需要满足什么条件？
相干光源（频率相同,振动方向相同,相位差恒定）
L越大，相邻的亮纹间距越大
2、白光的干涉图样特点：
（1）明暗相间的彩色条纹；
（2）中央为白色亮条纹；
（3）干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；
（4）在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
三、薄膜干涉
1、原理
水面上的油膜呈彩色
2、应用
平滑度检测
镀了增透膜的镜片
增透膜厚度：
薄膜厚度
d
在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入
思考2：有没有什么方法可以获得相干光—频率相同的光呢？
天才的设想
巧妙解决了相干光问题
单缝
光
束
s0
双缝
屏幕
s1
s2
托马斯·杨
《光的干涉》PPT课件
6 d 0.18 3.5 10 0.7 10 6 m x 0.9 L
700nm
在双缝干涉实验中，以下说法中正确的 是( ) A、入射光波长越长，干涉条纹间距越大 B、入射光波长越长，干涉条纹间距越小 C、把入射光由绿光变成紫光，干涉条纹 间距变小 D、把入射光由绿光变成红光，干涉条纹 间距变小
C、在P点的下方
D、将不存在亮条纹 频率增大，波长减小。条纹距中心条纹 间距减小。C=λf
3、在做双缝干涉实验时，若用红、 绿两块玻璃分别挡在一条狭缝前面， 下面说法中正确的是 ( C ) A．屏上形成明暗相间的干涉条纹. B．屏上形成红、绿相间的干涉条纹 C．屏上不能形成干涉条纹 D．以上说法都不正确
薄膜干涉
肥皂泡看起来常常是彩色的，雨后公路积水上面 漂浮的油膜，看起来也是彩色的。这些现象是怎 样形成的？
白光的薄膜干 涉条纹 ——彩色条纹
水面上的油 膜呈彩色
现竖 彩直 色放 条置 纹的 肥 皂 膜 上 呈
光从薄膜前表面
和后表面分别 反射出来，形成
两列振动情况完 全相同的光波
在薄膜的厚度为d处，前后表面反射光 的光程差为２d，则
薄膜干涉的应用 a.干涉法检查平面
原理：在被检平面与透明样板间垫一个薄片， 使其间形成一个楔形的空气薄层．当用单色光 从上面照射时，入射光从空气层的上、下表面 反射出两列光波，于是从反射光中看到干涉条 纹．
检查工件的平整度 光在空气层的上下表面发生反射, 这两束反射光发生干涉. 如果被检测表面
是平整的,将看到与 底线平行的干涉条 纹. 标准样板
思考：若用绿光在同样的 装置中做双缝干涉实验， 会得到什么图样呢？
不同单色光的双缝图样干涉比较 红光 绿光
15 第十五次课、光波干涉的基本理论PPT课件
2 E20 cos
V
2E10E20 cos
E120 E220
E10
1
E220 E120
E10 E20 2 E20 cos ~ 0
E10
15
5、干涉装置
干涉装置的作用可概括为三个方面： 1、产生两个或多个相干光波，这个作用又称为‘分光’功能； 2、引入被测对象； 3、改变各相干光波的传播方向或波形，并使其叠加，产生干涉。
但是实际情况中不存在严格意义上的单色波，因为普通光源上各个原 子发光都是间断的，每次发光的持续时间不会大于10-8s，因此不同发 光原子，或同一个原子在不同的发光时刻发射的光波在位相上是互不 关联的。
即初始位相差随着时间t变化，变化的频率在108/s数量级，这样干涉项 (6)的第二项——差频项的时间平均值将为零，至少也是不稳定的。
16
二．两束平面波的干涉
内容
1、干涉场强度公式 2、干涉场强度分布特点 (1)、等强度面 (2)、极值强度面 (3)、干涉强度的空间频率和空间周期 (4)、二维观察平面上的强度分布—干涉图形 (5)、干涉条纹的反衬度
17
1、干涉场强度公式
两束光波满足干涉条件 其波函数用复指数函数来表示：
4
干涉的基本理论
就是从已知光源和干涉装置出发，研究干涉图形的分布规律。
干涉测量的任务
是根据光源和干涉图形分布研究干涉装置中待测物体引入的光程 差或位相差的变化；
由干涉装置和干涉图形出发，研究光源的空间和时间分布性质， 则是光谱学和天文观测的重要手段。
2、干涉场强度
在光和物质的相互作用过程中，起主要作用的是光波中的电场；
I (r) E E* (E1 E2 )(E1* E2*)
| E10 |2 | E20 |2 2E10 E20 cos[(k1 k2 ) r (10 20 )]
第十二章光的干涉和干涉系统ppt课件
而任意一个中心发出的光波经过双孔或双缝后都能在接受屏上 由于 干涉而形成干涉强度分布，但由于各个发光中心在光源S上的位置 不同，因而在接受屏上所形成的干涉花样的位置也不同，如图所示 L、M、N所形成的干涉花样的零级条纹的位置分别为OL、OM、 ON。不同的光源所发出的光波之间不能干涉，因而只能将干涉强 度简单相加，即不同的干涉花样会相互交叠。那么观察屏上的光强 分布是什么样？
(W d ) D
其中W称为是到达屏（干涉场）上某点的两条相干光线间的夹角 叫做相干光束的会聚角。上式表明条纹间距正比于相干光的波长， 反比于相干光束的会聚角。
二、两个单色相干点光源在空间形成的干涉场
在屏幕上得到等距的直线干涉条纹是有条件的，即d《D，并且在z 轴附近的小范围内观察。但是，屏幕的位置实际上是可以在S1和S2 发出的两个光波的交叠区域内任意放置的；在屏幕任意放置的情况 下，一般就得不到等距的直线条纹。在点光源照明下，干涉条纹是 空间位置对S1和S2等光程差点的集合。
1）干涉条纹强度分布：
I
4I0
cos2
d D
x
当
x m D
d
(m，在0,干1涉, 场2中, 的) 点有最大光强
I 4I0
当
x (m 1) D
，在干涉场中的点有最小光强
(m 0, 1, 2, )
2d
2）条I纹间0 隔：
或
，为亮纹。 ，为暗纹。
e D
d
e
W
3）在屏幕上得到等距的直线干涉条纹
本章学习要求：
1、理解获得相干光的方法，了解干涉条纹的定域性。
2、掌握条纹可见度的定义以及空间相干性、时间相干性和光源 振幅比对条纹可见度的影响。
3、掌握以杨氏干涉装置为典型的分波前法双光束干涉，熟悉光 强分布的计算，分析干涉条纹的特征，如条纹形状、位置及间 距等。
第八章光纤白光干涉测量术41页PPT
波长扫描白光干涉测量中的问题：
一、光谱仪昂贵，且不便于仪器化。一般有2种解决方案： 1、基于CCD阵列的光谱仪结合Fizeo干涉仪，或玻璃衍射光栅。 但CCD在>1um无响应，与光纤系统的发展趋势不吻合 2、用可调谐F-P滤波器，或基于此的光纤激光器进行扫描，获 得白光光谱，更适合仪器化和工程化
二、白光光谱呈正弦分布，不能准确的测量出峰值处的波长
FSR=74.6nm
FSR=74.6nm
3dB线宽：0.08nm
精细度 ：938
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成功
•
1、
的路 。24.8.324.8.3Saturday, August 03, 2024
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
•
2、
。11:41:4111:41:4111:418/3/2024 11:41:41 AM
光程补偿法
总结：2个干涉仪，一个传感，一个工作在扫描状态，在2干 涉仪的光程差相同时，获得最大干涉条纹。或者扫描干涉 仪的一个臂，在两臂光程差相同时得到最大条纹。缺点： 只能实验室使用
波长扫描法
• 宽带光源注入干涉仪， • 测量光谱中的周期波长间隔
波长测量法中，用光谱仪获得的光谱
2:波长扫描白光干涉测量术
解调原理
测量的相位与傅里叶变换白光干涉法的比较
3.相移白光干涉测量术一
Ik
a() b() cos[
(k
2)பைடு நூலகம்2
3
]
arctg( 3 I1 I3 )
2I2 I1 I3
k 1, 2or3
3.相移白光干涉测量术二
g1
I1 I3 3
b() sin
《光的干涉实验》课件
应用：广泛应用于液晶显示器、太阳能电池、光学仪器等领域
优点：提高透光率，降低反射率，提高显示效果和能源利用效率
制作方法：通过真空镀膜、离子注入等方法在玻璃、塑料等基材上形 成薄膜
发展趋势：随着科技的发展，增透膜的应用领域将越来越广泛，性能 也将
偏振片的种类：线偏振片、圆 偏振片、椭圆偏振片等
度有关
干涉条纹颜色： 不同颜色的光 在薄膜上产生 不同的干涉条 纹，颜色与光
的波长有关
干涉条纹位置： 干涉条纹的位 置与薄膜的厚 度和光的入射
角度有关
干涉条纹变化： 当薄膜厚度或 入射角度发生 变化时，干涉 条纹会发生相
应的变化。
原理：利用光的干涉原理，使光线在薄膜中传播时发生干涉，从而提 高透光率
光源：单色光源， 如激光
双缝：两个平行的 狭缝，间距为波长 /2
观察屏：用于观察 干涉条纹
测量装置：用于测 量干涉条纹的间距 和亮度
准备观察屏：放置在双缝后 面，用于观察干涉条纹
准备双缝：制作两个平行的 狭缝，间距为λ/2
准备光源：选择合适的光源， 如激光器
调整光源：调整光源的强度 和方向，使光束通过双缝
观察干涉条纹：观察观察屏上 的干涉条纹，记录条纹的间距
和亮度
分析结果：根据干涉条纹的间 距和亮度，分析光的干涉现象
干涉条纹：出现明暗相间的条纹，表明光 具有波动性
干涉条纹间距：与双缝间距、光波长有关
干涉条纹亮度：与光强、双缝间距、光波 长有关
干涉条纹位置：与双缝间距、光波长有关 干涉条纹形状：与双缝间距、光波长有关 干涉条纹颜色：与光波长有关
薄膜干涉：光在薄膜上下表面反射形成的干涉现象 双缝干涉：光通过两个狭缝形成的干涉现象 迈克尔逊干涉仪：利用分光镜和反射镜形成的干涉现象 菲涅尔干涉仪：利用半透半反射镜形成的干涉现象
优点：提高透光率，降低反射率，提高显示效果和能源利用效率
制作方法：通过真空镀膜、离子注入等方法在玻璃、塑料等基材上形 成薄膜
发展趋势：随着科技的发展，增透膜的应用领域将越来越广泛，性能 也将
偏振片的种类：线偏振片、圆 偏振片、椭圆偏振片等
度有关
干涉条纹颜色： 不同颜色的光 在薄膜上产生 不同的干涉条 纹，颜色与光
的波长有关
干涉条纹位置： 干涉条纹的位 置与薄膜的厚 度和光的入射
角度有关
干涉条纹变化： 当薄膜厚度或 入射角度发生 变化时，干涉 条纹会发生相
应的变化。
原理：利用光的干涉原理，使光线在薄膜中传播时发生干涉，从而提 高透光率
光源：单色光源， 如激光
双缝：两个平行的 狭缝，间距为波长 /2
观察屏：用于观察 干涉条纹
测量装置：用于测 量干涉条纹的间距 和亮度
准备观察屏：放置在双缝后 面，用于观察干涉条纹
准备双缝：制作两个平行的 狭缝，间距为λ/2
准备光源：选择合适的光源， 如激光器
调整光源：调整光源的强度 和方向，使光束通过双缝
观察干涉条纹：观察观察屏上 的干涉条纹，记录条纹的间距
和亮度
分析结果：根据干涉条纹的间 距和亮度，分析光的干涉现象
干涉条纹：出现明暗相间的条纹，表明光 具有波动性
干涉条纹间距：与双缝间距、光波长有关
干涉条纹亮度：与光强、双缝间距、光波 长有关
干涉条纹位置：与双缝间距、光波长有关 干涉条纹形状：与双缝间距、光波长有关 干涉条纹颜色：与光波长有关
薄膜干涉：光在薄膜上下表面反射形成的干涉现象 双缝干涉：光通过两个狭缝形成的干涉现象 迈克尔逊干涉仪：利用分光镜和反射镜形成的干涉现象 菲涅尔干涉仪：利用半透半反射镜形成的干涉现象
光纤干涉ppt课件
示。
4 RLN S c 0
图8 光纤陀螺实现原理图
光纤陀螺基本原理及特点
主要信号处理技术：
宽带光源
ASE
Y波导 耦合器 光纤环
A.偏置调制： 提高信号检测灵 敏度。
光电检测器
B.闭环控制：
降低光电检测工作 范围，提高检测精
干涉光强信号
A/ D
逻辑电路
D/ A
转速信号
度。
图9 数字闭环I-FOG结构示意图
光纤干涉
三种最基本的干涉：
1、萨格纳克（Sagnac）干涉
基本原理：将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一 个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉， 当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移 动，这就是萨格纳克效应。萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪 的角速度和环路所围面积之积成正比。
Sagnac效应
如图a所示，无旋转条件下，
M CCW CCCW
L 2 R t t CCW CW c c
如图b所示，旋转条件下，
M l
M ’
tCCW
2 R c R
2 R tCW c R
(a)
(b)
图7 理想环形光路系统中的Sagna效应 （a）系统静止 （b）系统旋转
Sagnac效应
传输时间差
2 4 R t t t 2 CCW CW c
M CCW CCCW
M l
M ’
传输光程差
4 R L tc c
2
传输相位差
S
4 RL 0c
(a)
(b)
如何检测相位差？利用光的干涉：振动频率相同，方向相同，相位差恒定。
光的干涉-PPT
光的干涉
薄膜干涉
让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束 反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．
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光的干涉
薄膜干涉
1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜 的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应 出现在膜的厚度相等的地方．由于光波波长极短，所以 微薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察到干涉条 纹．2、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下的肥 皂泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉．
第1节 光的干涉
光到底是什么？……………
17世纪明确形成 了两大对立学说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
牛顿
19世纪初证明了 波动说的正确性
惠更斯
微粒说
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
波动说
这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”
光的干涉
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的 是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．
光的干涉 光的干涉
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829） 在实验室里成功的观察到了光的干涉．
双缝干涉
激
双
光
缝
束
屏上看到明暗相间的条纹 屏
光的干涉
S1 S2 d
双缝干涉
P2
P1
P
P
P1 P2
S1、S2
相干波源
P1S2－P1S1= d
光程差
P2S2－P2S1＞ d 距离屏幕的中心越远路程差越大
光的干涉
双缝干涉
1、两个独立的光源发出的光不是相干光，双缝干 涉的装置使一束光通过双缝后变为两束相干光，在光屏 上形成稳定的干涉条纹．
第5章光的干涉-PPT课件
当n1<n2，反射率最小，有较好的增透效果。 如果：n1 n0n2 Rm=0，达到完全增透。
当n1>n2，反射率最大，有最好的增反作用。
由此可以看出，当光学厚度nh为λ0/4的奇数倍 时，薄膜的反射率R有极值。
总结 1、n1h=mλ0/2时， 等价与不镀膜； 2、 n1h=mλ0/4时 若：n1>n2，增反； 若：n1<n2，增透。
干涉条纹的可见度
当 Im= 0时，V＝l ， 条纹最清晰; 当 IM = Im 时，V＝0， 无干涉条纹； 当 0< Im < IM 时，0 ＜ V ＜ 1。 可见度及叠加光强的另一种表示：
2 V
I1I2 cos 2
I2 / I1 cos
I1 I2
1I2 / I1
I I 1Vcos I I1I2
（3）透射光的等倾干涉条纹 两透射光之间的光程差
为：
透射光与反射光的等倾 干涉条纹是互补的。
例子，空气-玻璃界面 的等倾干涉强度分布图 （右hcos2 / 2或者
2h n2 n02 sin2 1 / 2 若：1 2 2nh / 2
当两束光光强相等，有（图示）
I 2 I0 ( 1 c o s) 4 I0 c o s 2 (/2 )
两束自然光的干涉
IIxIyI1I22I1I2co s
总结： 相干条件为： （A）频率相等 （B）振动方向平行 （C）稳定的初相位差 （D）I1≈I2 注意：前三个必须完全满足。
3、反射率的推导过程
A、当光束由n0 介质入射到薄膜上时，在膜内 多次反射，并在薄膜的两表面上有一系列平 行光束射出。
B、反射系数
r1，r2是薄膜上,下表面的反射系数，ϕ 是相邻 两光束间的相位差，且有
当n1>n2，反射率最大，有最好的增反作用。
由此可以看出，当光学厚度nh为λ0/4的奇数倍 时，薄膜的反射率R有极值。
总结 1、n1h=mλ0/2时， 等价与不镀膜； 2、 n1h=mλ0/4时 若：n1>n2，增反； 若：n1<n2，增透。
干涉条纹的可见度
当 Im= 0时，V＝l ， 条纹最清晰; 当 IM = Im 时，V＝0， 无干涉条纹； 当 0< Im < IM 时，0 ＜ V ＜ 1。 可见度及叠加光强的另一种表示：
2 V
I1I2 cos 2
I2 / I1 cos
I1 I2
1I2 / I1
I I 1Vcos I I1I2
（3）透射光的等倾干涉条纹 两透射光之间的光程差
为：
透射光与反射光的等倾 干涉条纹是互补的。
例子，空气-玻璃界面 的等倾干涉强度分布图 （右hcos2 / 2或者
2h n2 n02 sin2 1 / 2 若：1 2 2nh / 2
当两束光光强相等，有（图示）
I 2 I0 ( 1 c o s) 4 I0 c o s 2 (/2 )
两束自然光的干涉
IIxIyI1I22I1I2co s
总结： 相干条件为： （A）频率相等 （B）振动方向平行 （C）稳定的初相位差 （D）I1≈I2 注意：前三个必须完全满足。
3、反射率的推导过程
A、当光束由n0 介质入射到薄膜上时，在膜内 多次反射，并在薄膜的两表面上有一系列平 行光束射出。
B、反射系数
r1，r2是薄膜上,下表面的反射系数，ϕ 是相邻 两光束间的相位差，且有
《光的干涉》课件
实验原理：当光波入射到薄膜表面时 ，反射光和透射光会发生干涉，形成
特定的干涉条纹。
实验步骤
1. 制备不同厚度的薄膜样品。
2. 将光源对准薄膜，使光波入射到薄 膜表面。
3. 观察薄膜表面的干涉条纹，分析干 涉现象与薄膜厚度的关系。
迈克尔逊干涉仪
实验目的：利用迈克尔逊干涉仪观察不同波长的光的干 涉现象。 实验步骤
2. 将不同波长的光源依次对准迈克尔逊干涉仪。
实验原理：迈克尔逊干涉仪通过分束器将一束光分为两 束，分别经过反射镜后回到分束器，形成干涉。
1. 调整迈克尔逊干涉仪，确保光路正确。
3. 观察不同波长光的干涉条纹，分析干涉现象与波长 的关系。
04
光的干涉的应用
光学干涉测量技术
干涉仪的基本原理
干涉仪利用光的干涉现象来测量长度、角度、折射率等物理量。干涉仪的精度极高，可以达到纳米级 别。
光的波动性是指光以波的形式传播， 具有振幅、频率和相位等波动特征。
光的干涉是光波动性的具体表现之一 ，当两束或多束相干光波相遇时，它 们会相互叠加产生加强或减弱的现象 。
波的叠加原理
波的叠加原理是物理学中的基本原理之一，当两列波相遇时，它们会相互叠加， 形成新的波形。
在光的干涉中，当两束相干光波相遇时，它们的光程差决定了干涉加强或减弱的 位置。
多功能性
光学干涉技术将向多功能化发展，实现同时进行 多种参数的测量和多维度的信息获取。
光学干涉技术的挑战与机遇
挑战
光学干涉技术面临着测量精度、 稳定性、实时性等方面的挑战， 需要不断改进和完善技术方法。
机遇
随着科技的不断进步和应用需求 的增加，光学干涉技术在科学研 究、工业生产、医疗等领域的应 用前景将更加广阔。
特定的干涉条纹。
实验步骤
1. 制备不同厚度的薄膜样品。
2. 将光源对准薄膜，使光波入射到薄 膜表面。
3. 观察薄膜表面的干涉条纹，分析干 涉现象与薄膜厚度的关系。
迈克尔逊干涉仪
实验目的：利用迈克尔逊干涉仪观察不同波长的光的干 涉现象。 实验步骤
2. 将不同波长的光源依次对准迈克尔逊干涉仪。
实验原理：迈克尔逊干涉仪通过分束器将一束光分为两 束，分别经过反射镜后回到分束器，形成干涉。
1. 调整迈克尔逊干涉仪，确保光路正确。
3. 观察不同波长光的干涉条纹，分析干涉现象与波长 的关系。
04
光的干涉的应用
光学干涉测量技术
干涉仪的基本原理
干涉仪利用光的干涉现象来测量长度、角度、折射率等物理量。干涉仪的精度极高，可以达到纳米级 别。
光的波动性是指光以波的形式传播， 具有振幅、频率和相位等波动特征。
光的干涉是光波动性的具体表现之一 ，当两束或多束相干光波相遇时，它 们会相互叠加产生加强或减弱的现象 。
波的叠加原理
波的叠加原理是物理学中的基本原理之一，当两列波相遇时，它们会相互叠加， 形成新的波形。
在光的干涉中，当两束相干光波相遇时，它们的光程差决定了干涉加强或减弱的 位置。
多功能性
光学干涉技术将向多功能化发展，实现同时进行 多种参数的测量和多维度的信息获取。
光学干涉技术的挑战与机遇
挑战
光学干涉技术面临着测量精度、 稳定性、实时性等方面的挑战， 需要不断改进和完善技术方法。
机遇
随着科技的不断进步和应用需求 的增加，光学干涉技术在科学研 究、工业生产、医疗等领域的应 用前景将更加广阔。
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图1
图2
萨格纳克效应： 静止时，如图3，顺时针光所经过的光程LCW和逆时针光所经过的 光程LCCW相等，即 顺时针以角速度Ω 旋转时，如图4，LCW≠LCCW。 设tCW是光经过顺时针光程LCW的时间，tCCW是光经过逆时针光程 LCCW的时间，c是光速，则
图3
图4
2、迈克尔逊（Michelson）干涉 基本原理：光路如图5所示，从光源S发出的光被分光镜G2分为两 束，反射光1和透射光2 。反射光1垂直射向平面镜M2后原路返回， 通过G2射向屏幕；透射光2通过补偿板G1垂直射向平面镜M1后原 路返回，经过G2反射到屏幕上与反射光1相遇，形成干涉。
I I ( 1 cos ) 0原理及特点
光纤陀螺实现原理
光纤陀螺本质上就是 一个环形干涉仪，通 过采用多匝光纤线圈 来增强相对惯性空间 的旋转引起的Sagnac 效应。其实现如图8所
Fiber Coil Light Source Input Light Screen Output Light Splitter
1.加速光纤传感器的实用化进程，提高其竞争力。其中以加快研究高 性能光纤传感器（如光纤陀螺、光纤声纳系统等）、促成实用化尤 为重要。 2.大力开展光纤传感器的集成化研究。采用光电集成，将全部光电元 件及信号处理系统集成在一块芯片上，或将光纤激光器、光纤调制 器、光纤偏振器及特种光纤等光纤型器件一体化。
图5
3、马赫泽德（Mach-Zehnder）干涉
马赫泽德干涉仪如图6所示 G1G2是两块有半反射面A1 A2的平行平面 玻璃板，M1 M2是两块反射镜四个反射面
通常平行放置，并且各自中心位于一个平
行四边形的四个角上，典型尺寸是1~2m。 光源S置于透镜L1的焦点上，S发出的光束
经L1准直后在A1上分为两束，他们分别由
M1、A2反射和M2反射、A2透射，进入透 镜L2。两束光的干涉图样可用于置于L2焦 平面位置的照相机拍摄下来，如果采用短 时间曝光技术，即可得到条纹的瞬间照相。 图6
干涉型光纤传感器
1、什么是光纤干涉型传感器？ 光纤干涉型传感器，也被称为相位调制型光纤传感器，基本原理 是利用被测对象对敏感光纤的作用，使光纤的折射率或传播常数 发生变化，从而导致在其中传播的光的相位变化，使两束单色光 所产生的干涉条纹发生变化，通过检测干涉条纹的变化量来确定 光的相位变化量，进而得到被测对象的信息。 2、此项研究的目的： 干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的。光波波长反映光波的 空间周期性，由于光波长很短，光波速度很快，人们很难直接观 察到光的空间周期性。而干涉条纹间距反应干涉区域光强分布空 间周期性，稳定的干涉条纹易于观察。这样通过光的干涉，将不 能直接观测的现象转化为可观测的，而通过干涉条纹的变化，也 就可以测出相当于光波波长数量级的距离的变化，其测量精度之 高是其他测量方法所无法比拟的。
Sagnac效应
传输时间差
2 4 R t t t 2 CCW CW c
M CCW CCCW
M l
M ’
传输光程差
4 R L tc c
2
传输相位差
S
4 RL 0c
(a)
(b)
如何检测相位差？利用光的干涉：振动频率相同，方向相同，相位差恒定。
功能型光纤传感：利用光纤介质对测量量敏 感效应来完成全部传感操作。 光纤传感 非功能型光纤传感：光纤只作为敏感信号的传 输线路,而提供敏感信号的敏感体则由其他有关 介质承担。 非干涉型 功能型光纤传感
干涉型：Sagnac型，Mach-Zehnder型，Michelson型等
Sagnac型：利用Sagnac效应研制出的高性能光纤陀螺仪是光纤传感技 术的一项突出成就。 Mach-Zehnder型：这种光纤传感器具有极高的灵敏度，最小可检测 相位差达10-7Rad。
调制电压信号
PIN
光纤陀螺优点
与传统机电陀螺相比，光纤陀螺无运动部件和磨损部件，为全固 态仪表，成本低，寿命长，重量轻，体积小，动态范围大，精度 应用覆盖面广，抗电磁干扰，无加速度引起的漂移，结构设计灵 活，生产工艺简单，应用范围广。
与激光陀螺相比，光纤陀螺无需几千伏的点火电压，无克服“自 锁”用的机械抖动装置，无超高精度的光学加工，不必非常严格 的气体密封，装配工艺简便，功耗低，可靠性高。
光纤干涉
三种最基本的干涉：
1、萨格纳克（Sagnac）干涉
基本原理：将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一 个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉， 当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移 动，这就是萨格纳克效应。萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪 的角速度和环路所围面积之积成正比。
示。
4 RLN S c 0
图8 光纤陀螺实现原理图
光纤陀螺基本原理及特点
主要信号处理技术：
宽带光源
ASE
Y波导 耦合器 光纤环
A.偏置调制： 提高信号检测灵 敏度。
光电检测器
B.闭环控制：
降低光电检测工作 范围，提高检测精
干涉光强信号
A/ D
逻辑电路
D/ A
转速信号
度。
图9 数字闭环I-FOG结构示意图
总之，光纤陀螺是一种结构简单，潜在成本低，潜在精度最高的 新型全固态惯性器件。
Mach-Zehnder传感器
这里的探测壁用来感应信号，而参考壁与外界隔离
探测壁受 外界刺激 光纤折射 率变化 光的相位 变化 产生光 程差
我们可以通过光强的变化来检测待测量
总结
从总体上看，目前只有一部分非功能型和少量功能型光纤传感已进 入实用化阶段，而大部分光纤传感器仍处于研究和开发阶段。其发 展趋势和研究方向是：
Sagnac效应
如图a所示，无旋转条件下，
M CCW CCCW
L 2 R t t CCW CW c c
如图b所示，旋转条件下，
M l
M ’
tCCW
2 R c R
2 R tCW c R
(a)
(b)
图7 理想环形光路系统中的Sagna效应 （a）系统静止 （b）系统旋转