邁克爾干涉儀及其應(yīng)用

邁克爾遜干涉儀及其應(yīng)用摘要：本文介紹了邁克爾遜干涉儀及其原理在微小位移量的測量、角度測量、體濃度測量、引力波測量、光譜測量、光譜成像，光纖邁克爾遜干涉儀在混凝土內(nèi)部應(yīng)變的測量、溫度測量、地震波加速度的測量中的應(yīng)用,重點(diǎn)介紹全息干板膜的厚度測量關(guān)鍵詞：邁克爾遜干涉儀微小物理量的測量引言：引言隨著全息技術(shù)的不斷發(fā)展,全息干板在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛使用。全息干板膜的厚度是全息干板的一個重要參數(shù),對于其在全息技術(shù)中的應(yīng)用具有重要的意義。全息干板膜的厚度一般從幾微米到幾十微米不等,對于普通橢偏測厚儀來說太厚,如果使用螺旋測微器測量則誤差太大。目前,市場上也有不少專用的膜厚測量儀器,但價格昂貴。筆者通過巧妙設(shè)計,利用現(xiàn)有大學(xué)物理實驗室中的邁克爾遜干涉儀完成了對全息干板膜的厚度測量。邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀,是1883年美國物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計制造出來的精密光學(xué)儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉。通過調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。主要用于長度和折射率的測量，若觀察到干涉條紋移動一條，便是M2的動臂移動量為λ/2，等效于M1與M2之間的空氣膜厚度改變λ/2。在近代物理和近代計量技術(shù)中，如在光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究和用光波標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)米尺等實驗中都有著重要的應(yīng)用。利用該儀器的原理，研制出多種專用干涉儀。干涉原理測量光程之差從而測定有關(guān)物理量的光學(xué)儀器。兩束相干光間光程差的任何變化會非常靈敏地導(dǎo)致干涉條紋的移動，而某一束相干光的光程變化是由它所通過的幾何路程或介質(zhì)折射率的變化引起，所以通過干涉條紋的移動變化可測量幾何長度或折射率的微小改變量，從而測得與此有關(guān)的其他物理量。測量精度決定于測量光程差的精度，干涉條紋每移動一個條紋間距，光程差就改變一個波長（～10-7米），所以干涉儀是以光波波長為單位測量光程差的，其測量精度之高是任何其他測量方法所無法比擬的。

根據(jù)光的干涉原理制成的一種儀器。將來自一個光源的兩個光束完全分并，各自經(jīng)過不同的光程，然后再經(jīng)過合并，可顯出干涉條紋。在光譜學(xué)中，應(yīng)用精確的邁克爾遜干涉儀或法布里-珀羅干涉儀，可以準(zhǔn)確而詳細(xì)地測定譜線的波長及其精細(xì)結(jié)構(gòu)。

干涉儀分雙光束干涉儀和多光束干涉儀兩大類，前者有瑞利干涉儀

、邁克耳孫干涉儀及其變型泰曼干涉儀、馬赫-秦特干涉儀等，后者有法布里-珀羅干涉儀等。干涉儀的應(yīng)用極為廣泛，主要有如下幾方面：

①長度的精密測量。在雙光束干涉儀中，若介質(zhì)折射率均勻且保持恒定，則干涉條紋的移動是由兩相干光幾何路程之差發(fā)生變化所造成，根據(jù)條紋的移動數(shù)可進(jìn)行長度的精確比較或絕對測量。邁克耳孫干涉儀和法布里-珀羅干涉儀曾被用來以鎘紅譜線的波長表示國際米。

②折射率的測定。兩光束的幾何路程保持不變，介質(zhì)折射率變化也可導(dǎo)致光程差的改變，從而引起條紋移動。瑞利干涉儀就是通過條紋移動來對折射率進(jìn)行相對測量的典型干涉儀。應(yīng)用于風(fēng)洞的馬赫-秦特干涉儀被用來對氣流折射率的變化進(jìn)行實時觀察。

③波長的測量。任何一個以波長為單位測量標(biāo)準(zhǔn)米尺的方法也就是以標(biāo)準(zhǔn)米尺為單位來測量波長的方法。以國際米為標(biāo)準(zhǔn)，利用干涉儀可精確測定光波波長。法布里-珀羅干涉儀（標(biāo)準(zhǔn)具）曾被用來確定波長的初級標(biāo)準(zhǔn)（鎘紅譜線波長）和幾個次級波長標(biāo)準(zhǔn)，從而通過比較法確定其他光譜線的波長。

④檢驗光學(xué)元件的質(zhì)量。泰曼干涉儀被普遍用來檢驗平板、棱鏡和透鏡等光學(xué)元件的質(zhì)量。在泰曼干涉儀的一個光路中放置待檢查的平板或棱鏡，平板或棱鏡的折射率或幾何尺寸的任何不均勻性必將反映到干涉圖樣上。若在光路中放置透鏡，可根據(jù)干涉圖樣了解由透鏡造成的波面畸變，從而評估透鏡的波像差。

⑤用作高分辨率光譜儀。法布里-珀羅干涉儀等多光束干涉儀具有很尖銳的干涉極大，因而有極高的光譜分辨率，常用作光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)和超精細(xì)結(jié)構(gòu)分析。

⑥歷史上的作用。19世紀(jì)的波動論者認(rèn)為光波或電磁波必須在彈性介質(zhì)中才得以傳播，這種假想的彈性介質(zhì)稱為以太。人們做了一系列實驗來驗證以太的存在并探求其屬性。以干涉原理為基礎(chǔ)的實驗最為精確，其中最有名的是菲佐實驗和邁克耳孫-莫雷實驗。1851年，A.H.L.菲佐用特別設(shè)計的干涉儀做了關(guān)于運(yùn)動介質(zhì)中的光速的實驗，以驗明運(yùn)動介質(zhì)是否曳引以太。1887年，A.A.邁克耳孫和E.W.莫雷合作利用邁克耳孫干涉儀試圖檢測地球相對絕對靜止的以太的運(yùn)動。對以太