光的干涉及其应用
光的干涉与干涉仪的原理与应用

光的干涉与干涉仪的原理与应用光的干涉现象是指两束或多束光波相互叠加而产生的干涉图样。
干涉现象在光学领域中有着广泛的应用,尤其是在干涉仪中,利用光的干涉原理可以进行精密的测量和实验研究。
一、光的干涉原理光的干涉是基于光的波动性质而产生的。
当两束光波相遇时,它们会发生相干叠加,叠加结果与两束光波的相位差有关。
根据干涉的相位差,可以分为相长干涉和相消干涉两种情况。
1. 相长干涉当两束光波的相位差为整数倍的2π时,它们的振幅会相互增强,形成明纹或亮条纹。
这种干涉称为相长干涉,其典型的例子是杨氏双缝干涉实验。
在杨氏双缝干涉实验中,光源经过狭缝的衍射后,形成两个狭缝发出的光波在远离狭缝后重新相遇,出现干涉现象。
2. 相消干涉当两束光波的相位差为奇数倍的π时,它们的振幅会相互抵消,形成暗纹或暗条纹。
这种干涉称为相消干涉,其典型的例子是等厚干涉实验。
在等厚干涉实验中,平行的两个平板之间夹有介质,光波经过介质后发生相移,产生干涉现象。
二、干涉仪的原理干涉仪是利用光的干涉原理设计制造出来的一种仪器。
它根据不同的测量需求和实验目的,可以设计成各种形式,如光纤干涉仪、迈克尔逊干涉仪、扫描隧道显微镜等。
这里以迈克尔逊干涉仪为例,介绍干涉仪的原理。
迈克尔逊干涉仪由一个光源、半透镜、分束镜、反射镜和干涉屏组成。
光源发出的光线经过半透镜组成平行光,然后射到分束镜上。
分束镜将光线一分为二,分别射向两个反射镜上,反射后再回到分束镜上,通过分束镜合并到干涉屏上。
干涉屏上产生干涉现象,可以通过观察干涉条纹来进行实验研究。
干涉仪利用光的干涉原理可以实现很多测量和实验目的,例如测量介质的折射率、测量物体的精密位移、检测光源的相干度等。
由于干涉仪的精度很高,能够测量微小的光学参数变化,因此在科学研究、仪器制造、工程测量等领域得到了广泛的应用。
三、干涉仪的应用1. 波长测量干涉仪可以通过测量干涉条纹的间距,计算出光的波长。
这在光学实验研究中非常重要,可以用于验证光的波动性质和光学理论。
光的干涉现象及其应用

光的干涉现象及其应用光是一种波动现象,其在传播过程中会产生干涉现象,即两个或多个光波相遇叠加形成新的光波。
这种光的干涉现象被广泛应用于光学实验和工程中,为我们带来了很多重要的科学进展和实用技术。
首先,让我们来了解一下光的干涉现象的基本原理。
当两束相干光波相遇时,它们的电场振动方向及振幅会发生相互影响,产生干涉现象。
在干涉中,当光波相位差为整数倍的情况下,它们将会加强,形成明纹;当相位差为半波长的奇数倍时,它们将会相互抵消,形成暗纹。
这种明暗间隔的变化,便是光的干涉现象。
光的干涉现象在科学研究中具有重要的作用。
通过利用干涉现象,科学家们可以测量光波的频率、波长以及相位差等重要参数,为物理学的研究提供了重要的实验手段。
光的干涉现象还常常应用于光学仪器的设计和制造中。
例如,在光学显微镜中,通过调节物镜和目镜之间的距离,使光波在两个镜片之间发生干涉,可以增强图像的清晰度和分辨率。
类似地,激光的干涉技术也被广泛应用于激光干涉仪、激光干涉测量仪器中,可以实现高精度的距离测量和表面形貌测量。
除了科学研究和光学仪器之外,光的干涉现象在现代技术领域中也有着广泛的应用。
例如,在光学传输系统中,光的干涉技术可以用于实现光纤通信的高速和高密度传输。
通过将光波分成多束进行传输,并利用干涉效应来实现信息的编码和解码,可以大大提高信息传输的速度和效率。
此外,光的干涉现象还在光学计量、光学成像、光谱分析等许多领域展现出了重要的应用价值。
比如,在光学计量中,通过干涉技术可以实现微小长度的测量,例如测量纳米级别的薄膜厚度;在光学成像中,通过干涉技术可以实现超分辨率成像,提高图像的清晰度和细节;在光谱分析中,通过干涉技术可以实现高分辨率的光谱测量,以获得更准确的分析结果。
总结起来,光的干涉现象及其应用为我们揭示了光的性质和行为,为科学研究和技术发展提供了重要的工具和方法。
通过深入研究和利用光的干涉现象,我们可以进一步拓展我们对光学科学的认知,推动光学技术的创新和进步。
光的干涉现象的应用

光的干涉现象的应用光的干涉现象是指当两束或多束光波相遇时,由于它们的振幅和相位的差异所引起的干涉现象。
这种干涉现象不仅为光学研究提供了理论基础,还在多个领域得到了广泛的应用。
本文将介绍光的干涉现象的应用,并探讨其在科学、工程和技术领域中的重要性。
一、光的干涉现象在科学研究中的应用1. 波长测量光的干涉现象可以用来精确测量光的波长。
通过使用干涉仪等设备,科学家能够准确地测量出光波的波长,为光学研究提供了重要的工具。
2. 光学薄膜光的干涉现象可以被应用于制造光学薄膜,如透镜和反射镜。
通过精确地控制光的干涉条件,科学家可以制备具有特定光学性质的薄膜,从而实现光学设备的优化。
二、光的干涉现象在工程中的应用1. 光学测量光的干涉现象可以应用于光学测量,如强度测量、位移测量和厚度测量等。
干涉仪可以通过测量干涉条纹的变化来实现对物体特性的准确测量,从而在工程领域中得到广泛应用。
2. 光纤通信光的干涉现象的应用推动了光纤通信技术的发展。
光纤通信利用光的干涉现象传输信息,通过控制光的相位来实现信息的编码和解码,从而实现了高速、大容量、低损耗的通信传输。
三、光的干涉现象在技术领域中的应用1. 光学显微镜光的干涉现象是光学显微镜中关键的原理之一。
通过利用干涉现象,显微镜能够提供更高的分辨率和更清晰的图像,为科学家和医生观察微观结构提供了有力的工具。
2. 光学干涉涂层光的干涉现象可以用于制备光学干涉涂层,如干涉滤光片和干涉反射镜等。
这些涂层能够精确地反射、透射或吸收特定波长的光,广泛应用于光学仪器、机械和电子设备中。
总结:光的干涉现象在科学、工程和技术领域中均发挥着重要的作用。
它被应用于波长测量、光学薄膜制备、光学测量、光纤通信、光学显微镜以及光学干涉涂层等领域。
这些应用推动了光学研究、工程技术和科学发展的进步,为人类的生活带来了便利和创新。
随着科技的不断进步,我们相信光的干涉现象的应用将持续拓展,为更多领域带来新的突破。
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。
光的干涉现象

光的干涉现象光的干涉现象是光学中重要而又有趣的现象之一。
它揭示了光的波动性质,并深化了人们对光的理解。
本文将通过对光的干涉现象的介绍和实例分析,探讨其原理、应用以及对科学研究和技术发展的影响。
一、光的干涉现象简介光的干涉现象指的是两束或多束光波相互叠加产生的干涉条纹现象。
当两束光波的相位差满足某一特定条件时,它们在空间中会相互干涉。
干涉的结果是光的强弱发生变化,形成了明暗相间的条纹。
在光的干涉现象中,存在两种类型的干涉:同态干涉和非同态干涉。
同态干涉是指两束来自同一光源的光波相互叠加产生的干涉现象,如杨氏双缝干涉和牛顿环等。
非同态干涉是指两束或多束不同光源的光波相互叠加产生的干涉现象,如薄膜干涉和透明薄板干涉等。
二、光的干涉现象原理光的干涉现象可以用波的叠加原理解释。
当两束光波相遇并叠加时,它们的电场强度相互叠加,形成一个新的电场强度分布。
而光的亮暗程度与电场强度的平方成正比,因此,新的电场强度分布也决定了光的亮暗程度。
在同态干涉中,双缝干涉是最典型的实例。
当一束光通过一个有两个细缝的屏幕时,射到屏幕后,光波会分成两束继续传播。
这两束光波在屏幕后再次相遇并叠加,产生干涉现象。
干涉的结果是在屏幕上形成一系列明暗相间的条纹,称为干涉条纹。
三、光的干涉现象应用光的干涉现象在科学研究和技术应用中具有重要意义。
以下是一些常见的应用。
1. 干涉测量:利用光的干涉现象,可以进行高精度的测量。
例如,通过测量干涉条纹的间距和光波的波长,可以计算出被测物体的长度或形状。
2. 光学薄膜:通过在透明介质表面上涂敷一层薄膜,可以利用薄膜的干涉现象来改变光的反射和透射性质。
这在光学元件的设计和制造中有广泛的应用。
3. 涡旋光:涡旋光是一种具有自旋角动量的光。
通过制造特殊形状的相位板,可以实现光的幅度和相位的分离,产生具有涡旋光性质的光束。
涡旋光在光学通信和光学显微镜等领域有重要应用。
4. 光学干涉仪器:干涉仪器是利用光的干涉现象设计和制造的仪器。
光的干涉初中物理中光的干涉现象与应用

光的干涉初中物理中光的干涉现象与应用光的干涉是光学中十分重要的一个现象,它对我们理解光的特性和应用有着重要的意义。
本文将介绍光的干涉现象以及其在现实生活中的应用。
一、光的干涉现象1. 波动光干涉波动光干涉主要表现为光束的相对相位差引起干涉条纹的出现。
在波动光干涉中,通常会使用两束光线进行干涉实验,例如通过将光线分成两股并使其分别经过两个狭缝,然后再让两束光线在屏幕上进行干涉,就可以观察到明暗相间的干涉条纹。
2. 条纹的性质光的干涉条纹通常表现为一组具有明暗交替的直线状或曲线状条纹。
在两束光线相干的情况下,当两束光线的相位差为整数倍的圆周波长时,将会出现明条纹,而当相位差为奇数倍的半波长时,则会出现暗条纹。
3. 干涉现象的解释光的干涉现象可以通过光的波动性得到解释。
当两束光线相遇时,它们会互相干涉,形成明暗相间的条纹。
光的波动性使得光线的相位和幅度能够相互影响,从而展现出干涉的特性。
二、光的干涉应用1. 干涉仪干涉仪是利用光的干涉现象来测量物体长度、薄膜厚度等物理量的一种仪器。
干涉仪通常由光源、分束器、反射镜、透镜和干涉屏等组成。
通过干涉仪,可以测量到高度精确且具有较小误差的物理量。
2. 护眼镜光的干涉现象还被应用于护眼镜的制作中。
护眼镜的材料表面经过特殊处理,形成一层厚度相对较小的薄膜,利用光的干涉现象可以使得镜片对特定光波的反射和透射达到最佳效果,从而减少对眼睛的刺激,达到保护眼睛的目的。
3. 光学涂层光学涂层是将具有特定功能的涂层施加在光学元件表面的一种处理方式。
利用光的干涉现象,可以根据需要制造出具有特定反射、透射和折射性能的光学元件,从而实现对光线的精确调控,拓展光学应用的可能性。
4. 彩色薄膜光的干涉现象还可以应用于彩色薄膜的制作。
通过在透明基底上施加不同厚度的薄膜,由于不同厚度的薄膜对不同颜色光的反射和透射有不同的干涉效果,从而形成丰富多彩的彩色薄膜。
总结:光的干涉是一种重要的光学现象,它在我们的生活中有着广泛的应用。
光的干涉原理及其应用

光的干涉原理及其应用1. 引言光的干涉是光学中一种重要的现象,指的是两束光波相遇后发生的相互作用与叠加现象。
干涉现象广泛应用于光学领域中,例如干涉测量、干涉衍射、干涉纹理等。
本文将介绍光的干涉原理及其应用。
2. 光的干涉原理光的干涉原理基于两个基本概念:波动性与叠加原理。
2.1 波动性光是一种电磁波,它具有波动性质。
根据波动理论,光传播时会以波的形式传播,具有波的特征,如波长、振幅等。
2.2 叠加原理当两个或更多的波相遇时,它们会按照叠加原理相互作用。
叠加原理指出,在相遇的地方,波的振动会按照叠加原理进行合成。
如果两个波的振动方向相同且相位差为0,则它们会相互增强,形成明亮的干涉条纹;如果两个波的振动方向相反且相位差为π,则它们会相互抵消,形成暗亮的干涉条纹。
3. 干涉的类型根据光的干涉现象,可以将干涉分为以下两种类型:构造干涉和破坏干涉。
3.1 构造干涉构造干涉是指两束或多束相干光波叠加后,形成增强的干涉条纹的现象。
在构造干涉中,干涉条纹明亮且有明显的亮暗交替。
3.2 破坏干涉破坏干涉是指两束或多束相干光波叠加后,形成减弱或抵消的干涉条纹的现象。
在破坏干涉中,干涉条纹比较暗淡,没有明显的亮暗交替。
4. 光的干涉应用光的干涉应用广泛,以下列举了几个典型的应用场景。
4.1 干涉测量干涉测量是一种基于光的干涉原理进行精密测量的方法。
通过测量干涉条纹的位置、间距等信息,可以得到待测物体的参数,如长度、形状等。
干涉测量广泛应用于工业、科研等领域中,例如像差检测、表面粗糙度检测等。
4.2 干涉衍射干涉衍射是光通过物体时发生的干涉现象与衍射现象的综合结果。
干涉衍射广泛应用于光学仪器中,例如衍射光栅、衍射条纹的产生等。
4.3 干涉纹理干涉纹理是指由于光的干涉现象导致的物体表面出现的特殊纹理。
干涉纹理通常用于工艺检测、表面质量评估等领域。
4.4 全息术全息术是一种利用光的干涉原理记录并再现三维空间信息的技术。
全息术广泛应用于三维成像、遥感技术等领域。
光的干涉与衍射的应用

光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射是光学研究中的重要内容,它们不仅仅是科学理论,更是实际应用中的关键技术。
本文将探讨光的干涉与衍射的基本原理及其在现实生活中的各种应用。
一、光的干涉光的干涉是指两束或多束光线相遇时会产生干涉现象。
这是由于光的波动特性造成的。
光线的干涉现象可以解释为光的相位差造成的波峰和波谷的叠加效应。
在实际生活中,光的干涉应用广泛,例如:1. 干涉测量:光的干涉可以用于精密测量,如光栅刻度盘、干涉仪等设备。
通过光的干涉现象,可以实现非常精确的长度测量,广泛应用于制造业、科学研究等领域。
2. 干涉滤波:光的干涉现象还可以用于光学滤波器的制造。
通过干涉薄膜的设计和制备,可以实现对特定波长光的选择性透过或反射,实现滤波效果。
这在光学仪器制造和光通信等领域中有着重要的应用。
3. 干涉图案:光的干涉产生的干涉图案也常见于现实生活中,如彩虹、油膜的彩色光环等。
这些干涉图案的美丽和奇特性质被广泛用于艺术设计和摄影领域。
二、光的衍射光的衍射是指光线通过物体边缘时会发生弯曲和扩散的现象。
这是光波传播过程中的一种特性。
光的衍射使得光线不再沿直线传播,而呈现出弯曲和展宽的特点。
光的衍射在实际应用中有着广泛的应用,例如:1. 衍射光栅:衍射光栅是利用光的衍射原理制备的一种光学元件。
通过在透明介质中制备具有规则孔隙结构的衍射光栅,可以实现对光的波长和方向的选择性调控。
衍射光栅在激光技术、光学通信、光谱分析等领域中有着广泛的应用。
2. 薄膜衍射:光的衍射现象也可以应用于薄膜的制备和分析。
薄膜的表面和内部结构对入射光的衍射会产生相应的干涉和衍射效应。
通过对薄膜衍射图案的分析,可以得到薄膜的厚度、折射率等参数信息。
3. 衍射成像:光的衍射还可以用于成像技术。
例如,电子显微镜中的电子衍射成像可以揭示材料的晶体结构和纳米级的微观形貌;X射线衍射成像可以用于分析晶体结构和材料成分。
总结:光的干涉与衍射作为光学研究中的重要内容,具有广泛的应用前景。
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光的干涉及其与应用(作者:赵迪)摘要我们通过对光的干涉本质、种类及其各种应用做了一定的查阅与思考,汇总成为该文章。
中文中重点介绍的是,光的干涉在日常生活中、普通物理实验中的应用以及在天文学方面的发展和应用,由于文章内容和字数的限制,我们不能对所有提到的应用做出详细的表述,仅取其中的几个例子进行具体的介绍。
关键词光的干涉等倾干涉等厚干涉照相技术天文学1 绪论我们知道在光学的发展史上,“光的本质”这个问题进行了将近4个世纪的争论,直到爱因斯坦提出“波粒二象性”才将这个问题的争论暂时告一段落,本文所提到的的光的干涉现象就是这段精彩历史上不可磨灭的一部分。
1801年的英国由托马斯·杨设计的杨氏双缝干涉实验使得“微粒说”近乎土崩瓦解,并强有力的支持了“波动说”。
1811年,阿拉格首先研究了偏振光的干涉现象。
现代生活中,光的干涉已经广泛的用于精密计量、天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工中的自控等许多领域。
虽然“波粒二象性”已经作为主流说法,终结了这个问题的争论,但是对于现代生活来说,光的干涉及其理论所带来的影响却是不可或缺的。
我们将在本文中简单介绍一下光的干涉在日常生活中、普通物理实验中的应用以及在天文学方面的发展和应用。
2 光的干涉现象与产生2.1 现象简介干涉,指满足一定条件的两列相干波相遇叠加,在叠加区域某些点的振动始终加强,某些点的震动始终减弱,即在干涉区域内振动强度有着稳定的空间分布,而忽略时间的影响。
图2-1 复色光的干涉图样由于光也具有波动性,因此,光也可以产生干涉现象,称为光的干涉。
光的干涉通常表现为光场强度在空间作相当稳定的明暗相间的条纹或圆环的分布;有时则表现为,当干涉装置的某一参量随空间改变时,某一固定点处接收到的光强按一定规律作强弱交替变化。
2.2 产生条件2.2.1 主要条件两列波的产生干涉的条件是:两列光波频率一致、相位差恒定、振动方向一致的相干光源才能产生光的干涉。
由于两个普通独立的光源发出的光不可能具有相同的频率,更不可能存在更不可能存在固定的相位差,因此,不可能产生干涉现象。
图2-2 单色光的干涉图样2.2.2 补充条件由于干涉图样的效果会受到称比度的影响,因此,两列相干波还须满足三个补充条件:①参与叠加的两束光光强不能相差太大;②参与叠加的两束光振动的夹角越小越好,虽然理论上小于2即可产生叠加,但是对比度效果不好,即最好接近平行;③光程差不能相差太大。
2.3 具体方法为了使合成波场的光强分布的在一段时间t∆内稳定,要求:①各成员波的频率γ(因而波长λ)相同;②两相干波的初相位之差t∆内保持不不变。
条件②意味着若干个通常独立发光的光源,即使它们发出相同频率的光,这些光相遇时也不会出现干涉现象。
原因在于:通常光源发出的光的初相位是无规则的,振动的方向也是不确定的。
分布的大量波列,每一波列持续时间不超过10秒的数量级,就是说,每隔10秒左右,波列的初相位就会做一次随机的改变。
而且,任何两个独立的光源发出的波列的初相位又是无法统计的。
由此可以想象,当这些独立光源发出的波列相遇时,只在短暂的时间内产生一副确定的条纹图样,而每过10秒左右,就换成另一副图样迄今尚无任何检测或记录装置能够跟上如此急剧的变化,因而观测到的是上述大量图样的平均效果,即均匀光强而非明暗条纹。
不过,近代特制的激光器已经做到发出的波列长达十公里,亦即波列为10秒的数量级。
因此可以说,若用时间分辨本领t∆比10秒更短的检测器(这样的装置是可以做到的),则两个同频率的独立激光器发出的光波的干涉,也是能够观察到的。
另外,以双波干涉为例还要求:③两列波的振幅不得相差悬殊;④在叠加点两波的偏振面大体一致。
以上四点即为通常所说的相干条件。
满足这些条件的两个或多个光源或光波,称为相干光源或相干光波。
2.4 光的干涉分类光的干涉根据产生条件的不同,可以分成三大类:分波阵面法(分波面法)、分振幅法(分光强法)、分振动法。
2.4.1 分波面法分波面法的典型实验是1801年由托马斯·杨设计的杨氏双缝干涉实验。
两个点光源的干涉实验中,两振源是装在同一支架上的振子,其装置如图:图2-4-1 杨氏实验装置简图杨氏双缝干涉实验的实验结果是:在观察屏上出现等宽、等间距的、明暗相间的条纹。
实验使得“微粒说”近乎土崩瓦解,并强有力的支持了“波动说”。
另外,分波面法得到干涉现象典型的实验还有菲涅尔双面镜干涉、菲涅尔双棱镜干涉、劳埃镜干涉不细展开。
2.4.2 分振幅法分阵幅法的典型例子有两种:等倾干涉和等厚干涉。
为防止重复,后面要介绍的应用中会具体展开相关内容。
3 光的干涉的应用3.1 等倾干涉的实际应用与等倾干涉有着莫大联系的重要仪器有:迈克尔逊干涉仪和发布罗-玻罗干涉仪,在这里我们会简单展开一下迈克尔逊干涉仪及其应用,介绍之前,我们先了解一下等倾干涉。
3.1.1 等倾干涉简介简单地说,等倾干涉是薄膜干涉的一种,是指相干光线在经过一层薄膜时,倾角相同的光会在薄膜厚度为常数h的条件下,发生对应同一级条纹的干涉现象。
3.1.2 迈克尔逊干涉仪及其应用图3-1-2-a 迈克尔逊干涉实物图a.迈克尔逊简介迈克尔逊是美国物理学家,主要从事光学和光谱学方面的研究。
以其毕生精力从事光速的精密测量。
由于他在光学精密测量仪器、光谱学及基本度量学中的卓越贡献,1907年获得了美国的第一个诺贝尔物理学奖。
b.测量折射率在迈克尔逊干涉仪的两臂中分别引入mm0.100长的玻璃管A、B,其中一个抽成真空,另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到2.107条条纹移动,所用波长为nm107,则其折射率可以这样求得:1.图3-1-2-b 测量折射率简图设空气的折射率为nδ=nlnll-()1=222-相邻条纹或说条纹移动一条时,对应光程差的变化为一个波长,当观察到2.107条纹过时,光程差的改变量满足: 0002927.1122.1072.107)1(2=+⨯=⨯=-ln n l λλ迈克尔逊干涉仪的两臂中便于放入待测样品,由条纹的变化测量有关参数。
3.1.3 迈克尔逊-莫雷实验1887年迈克尔逊和莫雷根据设想:如果以太存在而且以太又不完全为地球运动所带动,则地球对于以太的运动速度就是地球的绝对速度。
利用地球的绝对速度和光速在方向上的不同,应该在所设计的迈克尔逊干涉仪试验中观测某种预期的结果,从而求得地球相对以太的速度。
迈克尔逊-莫雷实验一直被认为是狭义相对论的主要实验支柱。
另外,法布尔-玻罗干涉仪也是与等倾干涉原理有很大联系的一种光学仪器,由于内容及字数的限制在此不再展开。
3.2 等厚干涉及其应应用3.2.1等厚干涉简介与等倾干涉一样,等厚干涉也是薄膜干涉的一种,与之不同的是,等厚干涉是在相干光线与薄膜倾角不变的情况下,照射到薄膜厚度相同的相干光线在反射之后对应着同一级的相干条纹的干涉现象。
a.劈尖及其应用图3-1-2-a 劈尖仪器平整度检测利用干涉现象还可以检测加工过程中工件表面的几何形状与设计要求之间的微小差异。
简单的说,首先将两块玻璃构成一个劈尖,然后用单色光从劈尖上方垂直照射,最后观察条纹形状,如下图所示:图3-1-2-b 利用劈尖干涉检验光学仪器的平整度如上图所示,若出现的条纹不是等宽等间距,且平行与棱边,则被测光学仪器的表面不是平整的。
精度很高的平面玻璃板(样板)。
使样板的平面与待测件的表面接触,于是此二表面间形成一层空气薄膜。
若待测表面确是合格的平面,则当光照射时,薄膜形成的干涉光强呈一片均匀或是平行、等间隔的直条纹。
如果待测表面在某些局域偏离了平面,则此处的干涉光强与别处不同或者干涉条纹在该处呈现弯曲。
从条纹变异的情况可以推知待测表面偏离平面的情况。
测量波长l n n h l ∆=⇒∆=∆αλλ22 其中α是两个劈尖之间的夹角,n 是两块玻璃的折射率,λ是待测波长。
除以上两种应用之外,利用劈尖还可以测量精密仪器的微小长度微小长度变化等。
另外还有牛顿环全息干涉同样与人们的生活密不可分。
3.3在天文学方面的应用3.3.1天体测量 在迈克耳孙测星干涉仪被发明以前,恒星直径的测量始终是天文学上的一个难题,因为已知体积最大的恒星的角直径也只有10角秒。
然而即使是迈克耳孙测星干涉仪,其分辨率也只能测量某些巨星的角直径,对质量稍小的恒星就无能为力。
正是激光和外差干涉技术的发明,自二十世纪七十年代起在测星干涉领域引发了一场革新。
在这些经改进的干涉仪中,望远镜捕捉到的星光与本地的激光发生外差干涉,两者频率非常接近,从而产生了射电频域内的拍频信号;并且由于这个拍频信号的光强来自星光和激光光强的乘积,这种干涉从而能获得更高的分辨率。
此外这些实验大多使用了波长为10.6微米的二氧化碳激光,这也是由于较长的波长能提高外差干涉的分辨率。
1974年,约翰森、贝茨和唐尼斯建造了一台基线长度为5.5米的差频干涉仪,使用了功率为1瓦特并经过稳频的二氧化碳激光,其工作波长为10.6微米。
他们用这台干涉仪对一系列红外线源进行了观测,包括M型超巨星、米拉变星,并取得了一些星周尘壳的温度和质量分布等信息。
而今随着技术和制造工艺的进步,这类干涉仪的基线长度已经可以扩展到几百米的距离,从而克服了最初迈克耳孙测星干涉仪遇到的困难。
天体测量学上的另一个问题是关于天体的位置和运动的测量。
通过对恒星进行精确定位,可以将观测到的射电源位置和它们观测到的相应光学位置进行比对,从而直接测量它们的视差并建立宇宙距离尺度。
此外这种测量还能帮助确定双星系统轨道的尺寸和形状。
这类干涉仪包括位于亚利桑那州的海军原型光学干涉仪(NPOI),它由四个基本部分组成Y形,彼此之间的干涉臂长度为20米,NPOI 对天体的定位可以达到毫角秒的量级;以及太阳系外行星天文干涉仪(ASEPS-0),它通过监视恒星因围绕其运动的行星而引起的反映运动来研究太阳系外行星。
3.1.2引力波探测引力波是广义相对论所预言的以光速传播的时空扰动,虽然引力波与物质的相互作用非常微弱,但已有间接的天体观测证据表明它确实存在于诸如双星系统这样的天体中,并对这类天体的物理性质有着重要影响。
对引力波的直接观测不仅可以验证广义相对论,更重要的是提供了一种有别于基于电磁波观测的传统观测天文学的新观测手段。
并且由于电磁波与引力波的不同性质,引力波天文学所研究的将是借助电磁波无法观测到的宇宙的另一个侧面。
自二十世纪七十年代起,人们逐渐认识到基于干涉原理的引力波探测器是一种较有希望成功的设计,这类探测器的基本构成都是一架等臂迈克耳孙干涉仪:本质上,激光干涉引力波探测器是对干涉臂的长度变化进行测量,并对所观测得的数据进行分析,寄希望于寻找到其中引力波所导致的影响。
即引力波所导致的干涉臂长度变化与干涉臂长度的比值。