迈克尔逊干涉仪的原理与应用

合集下载

迈克尔逊干涉仪的实验原理

迈克尔逊干涉仪的实验原理

迈克尔逊干涉仪的实验原理1. 迈克尔逊干涉仪的基本概念说到迈克尔逊干涉仪,我们得回到19世纪,那个时候的科学家们真是大有作为。

迈克尔逊,这位不普通的科学家,设计了一个实验装置,结果竟然改写了光的世界观。

简单来说,迈克尔逊干涉仪是用来探测光的波动性质的设备,别看它小小的,背后却藏着大大的科学秘密。

就像是你家里那只看似普通的猫,实则每天都在为你捉老鼠,帮你解决无数烦恼一样。

它的核心思想其实也很简单:光波就像海浪一样,可以相互叠加、相互干涉,从而形成干涉条纹。

你可以把它想象成是在水面上扔了两个石子,波纹就会交织成各种各样的图案。

迈克尔逊干涉仪就是通过这种干涉现象,来测量光的波长,甚至可以测量非常微小的变化,比如说地球的旋转速度,这听起来是不是有点不可思议?2. 实验原理与过程迈克尔逊干涉仪的工作原理其实就像是你在厨房做菜的过程。

首先,你得有两部分的原材料。

干涉仪也是一样,它需要一个光源,这个光源通常是一个稳定的光源,比如激光。

然后,这个光源会照射到一个半透明的镜子上,这个镜子就像是你厨房里的切菜板,它的任务是把光分成两束。

接下来,这两束光就会各自走不同的路,这就像是你在煮汤时,两种不同的调料,各自散发出不同的香味。

当这两束光最终汇合在一个屏幕上时,它们就会像你在面包上涂抹的黄油一样,相互叠加,形成干涉条纹。

这些条纹的形成,就是因为光的波动性质,光的波峰和波谷会相互干涉,从而产生亮条纹和暗条纹。

这种条纹的变化,就像你在晒太阳时看到的光影一样,可以告诉我们很多关于光的信息。

就像是你把两种颜色的颜料混在一起,会出现新的颜色一样,光的干涉条纹也是两束光波相互作用的结果。

3. 实际应用和影响迈克尔逊干涉仪不仅仅是一个有趣的实验装置,它的影响可是非常大的。

你知道吗?这个干涉仪在测量光速方面发挥了巨大的作用,甚至帮助科学家们验证了爱因斯坦的相对论。

就像是你在修理汽车时,一颗小小的螺丝钉可能就能决定整个汽车的性能一样,迈克尔逊干涉仪也在科学的发展中扮演了关键角色。

迈克尔逊干涉仪实验原理

迈克尔逊干涉仪实验原理

迈克尔逊干涉仪实验原理迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象测量光波长、折射率、透明薄膜厚度和其他光学参数的仪器。

它由美国物理学家迈克尔逊于1881年发明,被广泛应用于精密测量和科学研究领域。

迈克尔逊干涉仪的实验原理基于干涉现象,通过光的干涉来实现精确的测量,下面我们来详细了解一下迈克尔逊干涉仪的实验原理。

首先,迈克尔逊干涉仪由光源、分束镜、反射镜、反射镜、透明样品和接收屏幕组成。

当光源发出的平行光束通过分束镜后,会被分成两束光线,一束直接射向反射镜,另一束射向透明样品。

透明样品可以是待测的物体,也可以是用来测量光波长的标准样品。

两束光线分别被反射镜反射后再次汇聚在接收屏幕上,形成干涉条纹。

其次,根据迈克尔逊干涉仪的实验原理,干涉条纹的位置与光程差有关。

光程差是指两束光线在传播过程中所经历的光程差异。

当两束光线相遇时,如果它们的光程差是波长的整数倍,就会产生明显的干涉条纹。

通过测量干涉条纹的位置,可以推导出光波长、透明样品的折射率和厚度等参数。

再次,迈克尔逊干涉仪的实验原理还可以用来测量光源的稳定性和光学元件的质量。

通过观察干涉条纹的变化,可以判断光源的频率稳定性和光学元件的表面平整度。

这对于精密测量和光学研究具有重要意义。

最后,迈克尔逊干涉仪的实验原理在科学研究和工程应用中发挥着重要作用。

它不仅可以用来测量光学参数,还可以用来研究光的波动性质和光学材料的特性。

在现代科学技术领域,迈克尔逊干涉仪被广泛应用于光学仪器的校准、精密测量和光学元件的质量检测。

总之,迈克尔逊干涉仪的实验原理基于光的干涉现象,通过测量干涉条纹的位置来实现精确的光学参数测量。

它在科学研究和工程应用中具有重要作用,为光学领域的发展做出了重要贡献。

希望本文对迈克尔逊干涉仪的实验原理有所帮助,谢谢阅读!。

实验6-5-迈克尔逊干涉仪的原理与使用

实验6-5-迈克尔逊干涉仪的原理与使用

实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用一.实验目的(1).了解迈克尔逊干涉仪的基本构造,学习其调节和使用方法。

(2).观察各种干涉条纹,加深对薄膜干涉原理的理解。

(3).学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。

二.实验原理1.迈克尔逊干涉仪光路如图所示,从光源S 发出的光线经半射镜的反射和透射后分为两束光线,一束向上一束向右,向上的光线又经M 1 反射回来,向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来ﻫ在半反射镜处被再次反射向下,最后两束光线在观察屏上相遇,产生干涉。

2.干涉条纹(1).点光源照射——非定域干涉如图所示,为非定域干涉的原理图。

点S1是光源相对于M1的虚像,点S 2’是光源相对于M2所成的虚像。

则S1、S2`所发出的光线会在观察屏上形成干涉。

当M1和M2相互垂直时,有S1各S2`到点A 的光程差可近似为:i d L cos 2=∆ ①当A 点的光程差满足下式时λk i d L ==∆cos 2 ②A 点为第k级亮条纹。

由公式②知当i 增大时c osi 减小,则k 也减小,即条纹级数变高,所以中心的干涉条纹的级次是最高的(2)扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃,则形成扩展光源,此时形 成的干涉为定域干涉,定域干涉只有在特定的位置才能看到。

①.M 1与M2严格垂直时,这时由于d 是恒定的,条纹只与入射角i 在关,故是等倾干涉②.M 1与M2并不严格垂直时,即有一微小夹角,这种干涉为等厚干涉。

当M1与M2夹角很小,且入射角也很小时,光程差可近似为)21(2)2sin 1(2cos 222i d i d i d L -≈-=≈∆③ 在M1与M2`的相交处,d =0,应出现直线条纹,称中央条纹。

3.定量测量(1).长度及波长的测量由公式②可知,在圆心处i =00, cosi=1,这时 λk d L ==∆2 ④从数量上看如d减小或增大N 个半波长时,光程差L ∆就减小或增大N 个整波长,对应就有N 条条纹缩进中心或冒出。

迈克尔逊干涉仪干涉现象原理

迈克尔逊干涉仪干涉现象原理

迈克尔逊干涉仪干涉现象原理迈克尔逊干涉仪是一种用于测量光的干涉现象的仪器,由美国物理学家迈克尔逊于19世纪末发明。

它利用光的波动性质,通过光的干涉现象,来测量光的性质和测量长度等物理量。

迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理是通过将光分成两束,让它们分别经过两个不同的光路,然后再将它们重新合并在一起,观察光的干涉现象。

迈克尔逊干涉仪的结构由一个光源、一个分束器、两个光路和一个合束器组成。

光源发出的光经过分束器后被分成两束,分别通过两个光路。

光路中的一个被称为参考光路,另一个被称为待测光路。

在参考光路中,光线经过一面半透明镜后被反射回来,然后与待测光路中的光线在合束器处重新合并。

在合束器处,两束光线相遇,形成干涉现象。

当两束光线相遇时,它们会产生干涉现象。

干涉现象是由于光的波动性质所引起的,当两束光线的相位差为整数倍的波长时,它们会相互增强,产生明亮的干涉条纹;而当两束光线的相位差为半整数倍的波长时,它们会相互抵消,产生暗淡的干涉条纹。

通过观察干涉条纹的变化,可以得到关于光的性质以及光路长度的信息。

迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理可以用以下几个关键步骤来描述。

首先,光源发出的光经过分束器被分成两束,一束经过参考光路,一束经过待测光路。

然后,两束光线分别经过不同的光路,其中参考光路的一束光线经过半透明镜反射回来,与待测光路中的光线在合束器处重新合并。

最后,通过观察合束器处的干涉条纹,可以得到关于光的性质和光路长度的信息。

迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理可以应用于许多领域。

在物理学中,它可以用来测量光的波长、光速、折射率等物理量。

在工程学中,它可以用来测量长度、厚度、形状等。

在天文学中,它可以用来测量星体的距离和直径等。

迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理的应用广泛,对于科学研究和工程实践具有重要的意义。

迈克尔逊干涉仪利用光的干涉现象来测量光的性质和物体的长度等物理量。

它的干涉现象原理是通过将光分成两束,经过不同的光路后再重新合并,观察干涉条纹的变化来获取信息。

迈克尔逊干涉仪用途

迈克尔逊干涉仪用途

迈克尔逊干涉仪用途迈克尔逊干涉仪是一种光学仪器,用于测量干涉现象以及测量光速、介质折射率等光学参数。

它由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊于1881年发明,是一种基于干涉现象的实验装置。

迈克尔逊干涉仪主要由光源、反射镜、半透镜、反射镜等光学元件组成。

迈克尔逊干涉仪的主要用途是测量光速。

根据迈克尔逊干涉仪的原理,当具有一定相位差的两束光经过半透镜射到分束器上后,会被分成两束互相垂直并发生干涉的光束。

如果其中一束光经过微小的长度差,例如由于地球的自转导致测量方向的光程差发生变化,就会导致干涉环的移动。

通过观察干涉环的移动情况,可以计算出由于光速变化引起的干涉环的移动量,并进而计算出光速的值。

迈克尔逊干涉仪还可以用于测量介质的折射率。

在测量过程中,可以将待测介质放置在其中一条光束的路径上。

根据杨氏双缝干涉的原理,通过观察干涉环的移动情况,可以推导出介质的折射率。

此外,迈克尔逊干涉仪还可以应用于光学元件的质量检验和表面形貌的测量。

通过观察干涉图案的变化,可以分析光学元件的表面形貌和光学性能。

例如,在制造反射镜时,可以使用迈克尔逊干涉仪检测反射镜的表面平整度和波前畸变,从而保证反射镜在光学系统中的性能。

此外,迈克尔逊干涉仪还广泛应用于科学研究领域。

例如,迈克尔逊干涉仪可以用于测量微小物体的长度、密度等物理参数,也可以用于测量光学元件的厚度和介质的分布情况。

迈克尔逊干涉仪还可以用于研究光的相干性和干涉现象,以及进行光学实验和教学。

值得一提的是,迈克尔逊干涉仪在20世纪初被用于测量爆炸引起的空气震荡的波长和频率,以及测量大气密度和声速的变化。

这些测量对于了解爆炸物的特性和爆炸波在大气中的传播具有重要意义。

综上所述,迈克尔逊干涉仪主要用于测量光速、介质折射率和光学元件的质量检验,也被广泛应用于科学研究、教学和光学实验等领域。

它的应用范围十分广泛,对于研究光学现象和测量光学参数具有重要的意义。

迈克尔逊干涉仪原理的应用

迈克尔逊干涉仪原理的应用

迈克尔逊干涉仪原理的应用1. 什么是迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是一种实验仪器,用于测量光的相位差。

它由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊在1887年发明,因而得名。

这种仪器利用光的干涉现象,通过观察干涉条纹的变化来测量光的相位差。

迈克尔逊干涉仪被广泛应用于光学测量、干涉光谱等领域。

2. 迈克尔逊干涉仪的工作原理迈克尔逊干涉仪的工作原理基于光的干涉现象。

它由一个光源、一个分束器、两个反射镜、一个合束器和一个接收器组成。

1.光源:迈克尔逊干涉仪通常使用激光作为光源,因为激光有良好的相干性。

2.分束器:分束器是一个半透明的镜片,它将光源发出的光束分成两束等强度的光束。

3.反射镜:迈克尔逊干涉仪有两个反射镜,分别被称为平面镜和倾斜镜。

平面镜将光束反射回分束器,而倾斜镜将光束反射到待测物体上。

4.合束器:合束器将待测物体上反射的光束和从分束器反射回来的光束重新合并到一起。

5.接收器:接收器用于检测合并后的光束的强度变化,通常使用光电二极管或干涉仪接收器。

通过调整倾斜镜的位置,可以改变光束在待测物体上的路径长度,从而观察到干涉条纹的变化。

3. 迈克尔逊干涉仪的应用迈克尔逊干涉仪在科学研究和工程领域有着广泛的应用。

3.1 光学测量迈克尔逊干涉仪可以用于测量光波的相位差,进而测量物体的表面形貌、折射率等参数。

通过分析干涉条纹的变化,可以实现亚微米级的测量精度。

3.2 光学干涉光谱迈克尔逊干涉仪可以用于测量光的频率和光谱分辨率。

通过调节倾斜镜的位置,改变光程差,可以观察到干涉条纹的移动。

根据干涉条纹的移动来计算光的频率和光谱宽度。

3.3 光学通信迈克尔逊干涉仪可以用于光信号的调制和解调。

通过调节倾斜镜的位置,控制光的相位差,实现光信号的调制。

同时,迈克尔逊干涉仪也可以用于解调接收到的光信号。

3.4 光学传感迈克尔逊干涉仪可以用于光学传感器的设计。

通过将待测物体放置在干涉仪的测量光路中,利用干涉条纹的变化来测量物体的参数,如温度、压力、应力等。

迈克尔逊干涉仪实验原理

迈克尔逊干涉仪实验原理

迈克尔逊干涉仪实验原理迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象测量光波长、长度和折射率的仪器。

它由美国物理学家迈克尔逊于1881年发明,是一种非常重要的光学仪器,被广泛应用于科学研究和工程实践中。

干涉仪的原理是利用光的干涉现象来测量光的性质和测量被测物体的长度,是一种非常精密的测量仪器。

迈克尔逊干涉仪的实验原理主要是基于干涉现象。

当两束光波相遇时,它们会发生干涉现象,即相位差引起的光强的变化。

迈克尔逊干涉仪利用分束镜将一束光分成两束光,经过两条不同的光路,再经过合束镜合成一束光,使得两束光发生干涉。

当两束光的光程差为整数倍的波长时,它们将相干叠加,产生明纹;当光程差为半波长的奇数倍时,它们将发生相消干涉,产生暗纹。

通过观察干涉条纹的位置和数量,可以推导出光的波长、被测物体的长度以及折射率等物理量。

在迈克尔逊干涉仪实验中,需要注意的是保证光源的稳定性和一致性。

光源的稳定性直接影响到实验结果的准确性,因此需要选择稳定的光源,如激光。

同时,光路的稳定性也是非常重要的,需要保证光路的长度和光学元件的位置保持稳定,避免外界因素对实验结果的影响。

除了测量光的波长和长度,迈克尔逊干涉仪还可以用于测量折射率。

当被测物体的折射率发生变化时,光的光程也会发生变化,从而导致干涉条纹的位置发生移动。

通过测量干涉条纹的移动量,可以推导出被测物体的折射率。

这种方法被广泛应用于实验室中测量各种材料的折射率,对材料的研究和应用具有重要意义。

总之,迈克尔逊干涉仪是一种非常重要的光学仪器,它利用光的干涉现象来测量光的波长、长度和折射率,具有非常广泛的应用价值。

在实际应用中,需要注意保证光源和光路的稳定性,以获得准确的实验结果。

迈克尔逊干涉仪的实验原理和方法对于光学研究和工程应用具有重要意义,对于推动光学领域的发展具有重要作用。

迈克尔逊干涉仪实验报告

迈克尔逊干涉仪实验报告

迈克尔逊干涉仪实验报告引言迈克尔逊干涉仪是一种利用光的干涉现象测量间距的仪器。

它是由美国物理学家亚伯拉罕·迈克尔逊于1881年发明的。

迈克尔逊干涉仪广泛应用于光学、激光技术、光纤通信等领域。

本实验旨在通过搭建迈克尔逊干涉仪并进行实验,了解其原理和应用。

实验设备•He-Ne氦氖激光器•1/10波片•片玻璃•半反射膜•波长计•读数显微镜•测距器实验原理迈克尔逊干涉仪利用光的波动性和波的干涉原理进行测量。

它由一个分束器、一面半反射镜、两面平行平板镜和一个光源组成。

光源发出的光经过分束器分为两束,一束经过半反射镜反射,另一束直接透射,然后它们分别在两面平行平板镜上反射,并最后再次汇聚在一起。

当两束光相遇时,会产生干涉现象。

通过调节其中一个平板镜的位置,可以使反射光程差发生变化,从而观察到干涉现象的变化。

实验步骤1.搭建迈克尔逊干涉仪。

安装好分束器、半反射镜和两面平行平板镜,并精确调整位置和方向。

2.打开He-Ne氦氖激光器,并调整光源位置和方向,使得光能够正常通过分束器。

3.将1/10波片放置在半反射镜旁边的光路上,调整它的角度,使得一部分光能够通过。

4.在反射光路上插入片玻璃,观察干涉条纹。

5.通过调整其中一个平板镜的位置,改变反射光程差,观察干涉条纹的变化。

6.使用读数显微镜和测距器,测量不同光程差下的干涉条纹的移动和位置。

实验结果与分析在实验中,我们观察到了干涉条纹的变化。

随着平板镜位置的调整,干涉条纹的位置发生了移动。

通过测量不同光程差下的干涉条纹的移动,我们得到了一组数据。

根据这组数据,我们可以计算出光的波长。

结论通过利用迈克尔逊干涉仪进行实验,我们成功观察到了干涉条纹的变化,并进行了测量。

实验结果证实了迈克尔逊干涉仪的原理,并且得到了光的波长的计算值。

迈克尔逊干涉仪在光学和激光技术中有着广泛的应用,了解和掌握它的原理和使用方法对于进一步研究和应用光学技术具有重要意义。

参考文献1.Smith, Robert W. (1998).。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

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。

压电材料的逆压电效应研究:压电陶瓷材料在电场作用下会产生伸缩效应,这就是所谓压电材料的逆压电现象,其伸缩量极微小。

将迈克尔逊干涉仪的动镜粘在压电陶瓷片上,当压电陶瓷片受到电激励产生机械伸缩时就带动动镜移动。

而动镜每移动λ/2的距离,就会到导致产生或消失一个干涉环条纹,根据干涉环条纹变化的个数就可以计算出压电陶瓷片伸缩的距离。

2. 角度测量[15-16]:刘雯等人依照正弦原理改型设计了迈克尔逊干涉仪,可以完成小角度测量。

仪器的两个反射镜由三棱镜代替,反射镜组安装在标准被测转动器件的转动台上。

被测转角依照正弦原理转化成反射镜组两个立体棱镜的相应线位移,而后进行干涉测量,小角度干涉仪测角分辨率达到10-3角秒量级。

在王贵甫等人设计的角度测量仪中,两个反射镜都是平面镜,但动镜被固定到一个转台上,通过转台将转动角位移转换成迈克尔逊测长仪能够测量的线位移。

从而把角度旋转转变为位移移动,从而用干涉仪测出角度的变化。

3.薄透明体的厚度及折射率的同时测量[17]目前各大学使用迈克尔逊干涉仪只测量已知厚度的薄膜的折射率或已知薄膜的折射率再测量它的厚度[1],赵斌[16]经研究得出:可同时测量薄透明体厚度及折射率。

其方法是:在不放薄膜时调出白光干涉条纹,而后插入透明薄膜,在薄膜与光线垂直时调出白光干涉条纹后,记录此时动镜移动的距离,再将薄膜偏转α角(45°比较方便),再调出白光干涉条纹,再记录动镜移动的距离。

通过动镜这两次移动的距离和薄膜的偏转角,就可以同时计算出待测薄膜的厚度和折射率。

4.气体浓度的测量[18]:在迈克尔逊干涉仪的参考光路中,放入一个透明气体室,利用白炽灯做光源,在光程差为零的附近观察到对称的几条彩色条纹,中间的黑色条纹是等光程(Δ=0)精确位置。

利用通入气体前后等光程位置的改变量,计算出气体的折射率,再利用气体的折射率与气体浓度的关系,计算出气体浓度。

4.引力波探测(超大型迈克尔逊干涉仪)[19]引力波存在是广义相对论最重要的预言,对爱因斯坦引力波的探测是近一个世纪以来最重大的基础探索项目之一。

目前还没有直接证据来证明引力波的存在。

目前,许多科学家正致力于利用激光干涉引力波探测仪来探测引力波。

该仪器的主体是一台激光迈克尔逊干涉仪。

在无引力波存在时,调整臂长使从互相垂直的两臂返回的两束相干光在分光镜处相干减弱,输出端的光电二极管接收的是暗纹,无输出信号。

引力波的到来会使一个臂伸长另一臂缩短,使两束相干光有了光程差,破坏了相干减弱的初始条件,光电二极管有信号输出,该信号的大小与引力波的强度成正比。

20世纪90年代中期,华盛顿州的Hanford和路易斯安娜州的Livingston开始建造引力波探测站,并于21世纪初相继建成臂长4000米、2000米的激光干涉仪引力波探测仪。

据估计,引力波探测极有可能在今后10-20年内取得重大突破。

二、光纤迈克尔逊干涉仪及其应用:1.光纤迈克尔逊干涉仪的原理[20]光纤迈克尔逊干涉仪的系统构成如图2所示。

从半导体激光器输出的光,耦合到光纤中,经过耦合器分束进入干涉仪的两条光纤臂中,在光纤臂的两端直接镀上反射膜以实现传统分立元件迈克尔逊干涉仪中两反射镜的功能,由此反射回来的光再经耦合器汇合,形成干涉,由探测器进行检测。

该干涉仪最大特点是光路全封闭,光纤两臂可绕成任意形状,结构灵活,抗电磁干扰,对被测介质影响小,适应性强等特点,因此,它的应用可以延伸到许多传统干涉仪的禁区,例如用于恶劣环境的高灵敏度传感、水声探测和地下核爆核查测试。

它是许多高灵敏度光纤传感器的重要物理基础。

由于光纤两个反射臂中的光传导特性可以受到温度、压力等外在条件的影响,所以,光纤迈克尔逊干涉仪可以实现光纤应变、温度等物理量的测量。

2.光纤迈克尔逊干涉仪的应用:(1).混凝土内部应变的测量[21]把组成光纤迈克尔逊干涉仪的一个臂预埋到混凝土中,当混凝土内部发生膨胀、收缩或变形时,光纤迈克尔逊的白光干涉条纹发生变化,这样可以混凝土内部的一维和二维很小的应变状态进行测量,可以及时了解材料内部应变信息以及内部应变状态分布。

由于光纤传感器体积小,重量轻,柔软易于布置,可埋入性好,抗拉性好,耐腐蚀性强;不改变材料结构的受力状态;测量的成本低等特点。

(2). 地震波加速度的测量[22]以全光纤迈克尔逊干涉仪为基础,研制出由地震敏感元件组成的单分量双光路加速度地震检波器样机,能同时精确检测空间三个方向加速度的三分量地震检波器就是一个重要的发展方向。

高灵敏度的加速度地震检波器是地震探测过程中检测地震波强度、方向和频率等物理量的传感器,在整个地震探测过程中的作用十分关键。

(3).温度的测量,透明液体、固体折射率或与折射率相关的浓度的测量: 哈尔滨智能光电科技有限公司研制了光纤迈克尔逊干涉测量实验系统,可以测量温度,透明液体、固体折射率或与折射率相关的浓度三、作为其它仪器的核心部分的迈克尔逊干涉仪1.傅里叶红外吸收光谱仪[23]利用迈克尔逊干涉原理进行光谱测量,通过傅里叶变换获得样品的红外吸收光谱或拉曼光谱,是光谱技术的一场革命。

与棱镜光谱仪相比,测量时间极大地缩短,光谱的信噪比有很大提高。

在傅里叶变换光谱仪中,光源发出的光先是经迈克尔逊干涉仪变成干涉光,再让干涉光照射样品,检测器获得干涉图,再用计算机把干涉图进行傅里叶变换就能得到红外吸收光谱。

实际上傅里叶变换红外光谱仪的核心就是一个由迈克尔逊干涉仪所构成的红外光谱分光系统。

2.干涉成象光谱技术[24]干涉成像光谱技术是当代可见光红外遥感器的前沿科学,在军事侦察中可发现可见光所不能发现的军事目标,并能根据武器系统的特征发射或反射光谱来判断武器种类和型号。

在民用方面,它可用于天文物理、人气物理、地球科学研究,进行地球资源(国土、矿物、海洋、森林植被)普查与考察等。

超光谱付里叶变换成像光谱技术是通过迈克尔逊干涉仪用NxM元探测器焦平面列阵凝视所关心的景物,干涉仪中反射镜的运动把光谱信息转变为时间干涉图,同时探测器焦平面列阵以其帧速率得到采样,因此每个像元都记录了一张独特的采样干涉图,这些干涉图经过付里叶变换最终变为空间-光谱数据立方体。

这些数据能够提供被测地物在波长上几乎连续采样的超多光谱通道的窄带光谱信号,即对地物等被测物进行单波长成像,有可能做到根据众多地面物质的吸收(或反射)和发射光谱特征直接确认地面物体并分析诊断出地面像元的物质成分。

3. 光学相干层析成像系统[25-26]:为了实现对微小活体组织的无辐射,无损伤及实时的探测和成像,人们发展了光学相干层析成像系统(Optical Coherence Tomography=>OCT)。

OCT的工作原理:入射光分别进入光纤迈克尔逊干涉仪中放有反射镜的参考臂和放有被测样品的样品臂。

从反射镜返回的参考光和被样品背景反射回来的信号光,只有在它们的光程差处于光源的一个相干长度范围内,它们才会产生干涉信号,并在探测光束焦点处返回的光束才有最强的干涉信号,产生的干涉信号被探测器接收,再通过解调,然后进行数据处理。

水平或纵向深度移动参考臂的反光点,可以获得局部不同点的干涉图样,从而获得有关生物组织的信息。

OCT可应用于对生物组织成像。

已经获得了眼睛透明结构的层析图像,心血管,胃肠道组织深部微米分辨力的成像,活体中胃肠组织的显微形态及隐窝腔,上皮细胞和固有层之间的后向散射振幅之间的差异等清楚可见;用OCT可以获得胚胎发育过程的一系列图像,可以动态观察这一过程。

(2)OCT与多普勒技术相结合形成一种新的检测技术,它可用来检测高散射介质中的流体速度,如皮肤表层下的血流速度及用于确定亚表层中微血管直径和血流速度分布等,而且能够给出空间各点的流速分布,对疾病的诊断有重要价值。

4. 微型集成迈克尔逊干涉仪[27]德国的Hommewerke公司在硅片上集成了双迈克尔逊干涉仪,所有的光学元件集成在7.5X7.5mm2的硅片上,生产出了集成光学传感器,它体积小、成本低、稳定性高等优点,它可以完成位移、力和折射率的测量。

5. 迈克尔逊干涉仪在其它方面的应用:利用等厚干涉条纹测量微光的调制传递函数MTF[28]:利用迈克尔逊干涉仪产生一系列空间频率的等厚干涉条纹来模拟分辨率板的作用,在计算机的控制下,自动测量出连续的MTF曲线。

给出的实验光路和实验结果表明,利用干涉条纹测量微光的MTF是一种可行的简便方法,在计算机的控制下,可快速完成夜视仪的传递函数测量。

利用迈克尔逊干涉仪测量光学球面的曲率半径[29]:利用迈克尔逊干涉仪的白光干涉零级暗条纹测出平面与被测球面相交的圆直径及相应的矢高值后,便可求得球面曲率半径.测量过程中无测量力的影响,也不会损坏被测件表面,而且测量时对被测件安装定位无特殊要求,误差环节少,具有实用意义。

相关文档
最新文档