2.4典型干涉仪及其应用分解
迈克尔逊干涉仪的改进与应用
迈克尔逊干涉仪的改进与应用摘要：迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光波长是我校开设的一个基础光学实验。
实验中存在读取动镜位置需要环境光强亮，而观察干涉条纹需要环境光强暗的矛盾；人工计数干涉圆环眼睛疲劳易出错；每读取动镜位置后继续旋转微调手轮，易旋错方向，带入回程误差。
针对实验中遇到的这些问题，我们对传统迈克尔逊干涉进行改进，并将其应用到实验中，收到良好的效果。
关键词：迈克尔逊干涉仪测量原理;迈克尔逊干涉仪自动测量系统;使用方法;测量数据0.前言迈克尔干涉仪的调整和使用，它作为一个经典的光学实验，被许多高校的大学物理实验所开出。
迈克尔逊干涉仪是以分振幅法产生相干光束的原理制成，可用于光的波长、折射率、位移微小变化的测量，也可用来研究温度、压力对光传播的影响，检查光学元件表面的质量等。
在迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光波长这一实验中，为了提高观察屏上等倾干涉条纹的亮度和清晰度，通常在较暗环境下进行测量，但与此同时，又伴随着从仪器标尺读取动镜位置读数的困难。
另外，实验者在光线较暗的环境中，一边朝一个方向旋转微调手轮，一边定睛地计数观察屏上干涉条纹的变化个数，极易使眼睛疲劳，导致少记或多记条纹数量；每计数一定数量的条纹，就要从主标尺、读数窗及微调手轮三处读取动镜在导轨上的位置，所以读数比较麻烦；读数后再次旋转微调手轮时易旋错方向，代入回程误差；由于环境光强较暗，学生读数时常用手机照亮标尺，不仅导致实验过程繁琐，而且不同实验台之间相互影响。
鉴于以上测量过程中遇到的问题，我们研制了自动测量与显示动镜位移和记数干涉条纹数量于一体的迈克尔逊干涉仪自动测量系统，并把它应用到实验教学中。
1.迈克尔逊干涉仪测量氦氖激光波长原理实验原理如图1所示。
来自光源 S 的扩展激光束入射到分光板 G1 上，由于光束在涂有半透膜的分光板G1上产生反射和透射后，分成互相垂直且强度相等的两束光（1）和（2），这两束光分别射向互相垂直的移动镜 M1和参考镜M2, G1与 M1、M2的夹角均为45°，经过 M1、M2反射后，又汇于分光板 G1，最后朝着屏 E 的方向射出，在屏 E 上，我们可以观察到清晰的干涉条纹。
物理光学-第3章光的干涉和干涉仪
第三章 光的干涉和干涉仪
邓晓鹏
教学目的：
1. 深入理解两个光波的非相干叠加和相干叠加， 深入理解相干条件和光的干涉定义；
2. 了解光干涉的本质及双光束干涉的一般理论； 3. 牢固掌握扬氏双光束非定域分波前干涉装置的
干涉光强分布的各种规律； 4. 牢固掌握分振幅等顷干涉的条纹形状、光强分
布规律、定域问题及其应用；
r22 r12 2xd
n(r2
r1)
2xdn r1 r2
当d<<D且在近轴条件下，可用2D代替r1+r2，则：
n(r2 r1)xdn D
当：n(r2r1)xdnm
D
xmD m0,1,2,...
dn
——干涉极大，振动加强位置条件。
当：n(r2r1)xDdn(m1 2)
总结： 干涉图样是由一系列平行等距的亮带和暗带组成。
干涉极大点：xmD m0,1,2,...
d
干涉极小点：x （ m1） D m0,1,2,...
2d
条纹间距: e D
dw 当用白光照射时，除中央明条纹为白 色以外，其他明条纹将呈现彩色。
第三节 分波前干涉的其它实验装置
生干涉。具体条件为：
必要
1、两迭加光波光矢量频率相同；
条件
2、两迭加光波光矢量的振动方向相同；
3、两迭加光波的位相差固定不变。
以上所述三个必要条件通常称为相干条件，满足这三 个条件的光波称为相干光波，相应的光源称为相干光源。 只有相干光波才可能产生光的干涉现象。
关于振动方向的说明：当两个叠加光波振动方向垂直 时，不产生干涉（光强=I1+I2）；当两个叠加光波振动方 向平行时，产生干涉；当两个叠加光波振动方向之间有一 夹角时，只有两光波的平行分量产生干涉。
激光干涉仪在机床精度检测中的应用
激光干涉仪在机床精度检测中的应用【摘要】激光干涉仪在机床精度检测领域具有重要应用，本文首先简要介绍了激光干涉仪的原理。
然后分别探讨了激光干涉仪在机床定位、加工精度、重点部件和整机精度检测中的具体应用。
通过激光干涉仪可以实现对机床精度的全面检测，为机床的精度提升和故障排查提供重要手段。
最后总结指出，激光干涉仪在机床精度检测领域具有广泛的应用前景，为提高机床加工精度和降低故障率提供了有效的技术支持。
激光干涉仪的应用将进一步推动机床行业的发展，提高机床加工质量，提升整体生产效率。
【关键词】关键词：激光干涉仪、机床、精度检测、定位、加工、重点部件、整机、领域、应用前景、精度提升、故障排查。
1. 引言1.1 激光干涉仪在机床精度检测中的应用激光干涉仪是一种高精度、非接触式测量仪器，广泛应用于机床精度检测领域。
通过测量光波的干涉现象，激光干涉仪能够实现对机床定位、加工精度、重点部件和整机精度等方面的精准检测。
在现代制造业中，机床的精度直接影响到产品的质量和市场竞争力，因此利用激光干涉仪进行精度检测具有重要意义。
激光干涉仪基于激光光束的叠加干涉原理，能够精确测量不同部位的表面平整度、平行度、垂直度等参数，为机床的精度提升提供了重要依据。
激光干涉仪还可以实时监测机床加工过程中的变形和振动情况，帮助工程师及时调整工艺，保证加工精度。
激光干涉仪在机床精度检测中的应用具有广泛前景，为提高机床加工精度和故障排查提供了重要手段。
随着制造业的不断发展和进步，激光干涉技术将在机床领域发挥更加重要的作用，推动行业向着更高精度、更高效率的方向发展。
2. 正文2.1 激光干涉仪原理简介激光干涉仪是一种通过激光光束的干涉现象来测量物体形状、表面轮廓或者位置的精密仪器。
其原理基于光的干涉现象，即光波的叠加。
激光干涉仪通常由激光光源、分光镜、合并镜、待测物体、反射镜、干涉条纹图像采集器等部件组成。
激光干涉仪的工作原理是利用激光器产生的单色平行光束，经分束镜拆分成两束光，分别经过不同路径到达合并镜反射后汇聚在待测物体表面，然后再经待测物体表面反射回来，通过合并镜再次汇聚到干涉条纹图像采集器上。
激光干涉仪功能与应用
SJ6000激光干涉仪产品具有测量精度高、测量速度快、测量围大、分辨力高等优点。
通过与不同的光学组件结合，可以实现对线性、角度、平面度、直线度（平行度）、垂直度、回转轴等参数的精密测量，并能对设备进行速度、加速度、频率-振幅、时间-位移等动态性能分析。
在相关软件的配合下，可自动生成误差补偿方案，为设备误差修正提供依据。
1.静态测量SJ6000激光干涉仪的系统具有模块化结构，可根据具体测量需求选择不同组件。
SJ6000基本线性测量配置：图1-基本线性配置SJ6000全套镜组：图2-SJ6000全套镜组镜组附件：图3-SJ6000 镜组附件镜组安装配件：图4-SJ6000 镜组安装配件1.1. 线性测量1.1.1. 线性测量构建要进行线性测量，需使用随附的两个外加螺丝将其中的一个线性反射镜安装在分光镜上，组装成“线性干涉镜”。
线性干涉镜放置在激光头和线性反射镜之间的光路上，用它的反射光线形成激光光束的参考光路，另一束光入射到线性反射镜，通过线性反射镜的线性位移来实现线性测量。
如下图所示。
图5-线性测量构建图图6-水平轴线性测量样图图7-垂直轴线性测量样图1.1.2. 线性测量的应用1.1.2.1. 线性轴测量与分析激光干涉仪可用于精密机床、三坐标的定位精度、重复定位精度、微量位移精度的测量。
测量时在工作部件运动过程中自动采集并及时处理数据。
图8-激光干涉仪应用于机床校准图9-激光干涉仪应用于三坐标机校准SJ6000软件置10项常用机床检验标准，自动采集完数据后根据所选标准自动计算出所需误差数据，可生成误差补偿表，为机床、三坐标的误差修正提供依据。
图8-数据采集界面图9-数据处理界面图10-数据分析曲线界面1.1.2.2. 高精度传感器校准利用激光干涉仪对位移传感器检定成为发展趋势，其特点是反应速度快、测量精度高。
图10-激光干涉仪应用于传感器校准1.1.2.3. 实验室标准器激光干涉仪是当今精度最高的测长仪器，因光波具有可以直接对米进行定义且容易溯源的特点，因此国家实验室多用激光干涉仪做实验室标准器进行量值传递。
F-P干涉仪及其典型应用
信号处理
A/D
6.4 F-P干涉仪及其典型应用——微位移传感器
L1 探测器 耦合器 S GWS 耦合器 耦合器 探测器 L2 双路F-P干涉仪工作原理 1）采用波长可调光源 （λ 1～ λ 2 ） 2）参考F-P干涉系统：预先校准参考谐振腔长度，并保持不变 3）敏感F-P干涉系统；目标测量绝对位移测量 FPI2 敏感腔 FPI1 参考腔
l
F-P传感示意图
•测量频带宽——动态的微位移； •测量精度高——F-P干涉； •测量稳定性高——信号载体为光。
6.6 F-P干涉仪及其典型应用——加速度传感器
质量块 光源系统
光纤 耦合器
谐振腔
质量块、谐振腔
PIN3 PIN2 PIN1
多光束干涉
模拟开关
前放
AD
CPU
F-P型干涉加速度传感 M-Z型干涉加速度传感 迈克尔逊型干涉加速度传感
F=ma的光学干涉测量
6.7 F-P干涉仪及其典型应用——微弱磁场传感器
反射面 磁致伸缩材料 腔长变化 内置式传感原理 外置式传感原理
F-P腔
光纤
反射面
F-P腔
光纤F-P传感器
光源
探测器 耦合器
传感器
F-P型干涉磁场传感 M-Z型干涉磁场传感 迈克尔逊型干涉磁场传感
2
1
d 4L
2
1
4Ln(1 2 ) n d 2 2 1 2
s1 L1 s 2 L2
6.5 F-P干涉仪及其典型应用——声发射传感器
声发射 AE：应力波发射
谐振腔 入射光束
被测物
在材料或者零部件受力作用下产 生变形、断裂或内部应力超出屈 服极限而进入不可逆的塑性变形 阶段，以瞬态弹性波形式释放应 变能的一种现象
光的干涉物理教案
光的干涉物理教案第一章：光的干涉现象简介1.1 教学目标了解光的干涉现象的定义掌握干涉现象的产生条件理解干涉现象的特点1.2 教学内容光的干涉现象的定义干涉现象的产生条件：相干光源、相干波源、介质的反射和折射干涉现象的特点：干涉条纹、干涉图样、光的加强和减弱1.3 教学方法采用讲解、演示和实验相结合的方式进行教学通过示例和图示帮助学生理解干涉现象的产生条件和特点1.4 教学评估通过课堂提问和学生实验报告来评估学生对光的干涉现象的理解程度第二章：双缝干涉实验2.1 教学目标了解双缝干涉实验的原理掌握双缝干涉实验的操作方法理解双缝干涉条纹的分布规律2.2 教学内容双缝干涉实验的原理：光波的叠加、干涉条纹的形成双缝干涉实验的操作方法：设备的组装、调整和测量双缝干涉条纹的分布规律：等间距、对称、中心亮条纹2.3 教学方法采用实验演示和分组实验的方式进行教学通过实验操作和观察帮助学生理解双缝干涉实验的原理和条纹分布规律2.4 教学评估通过实验报告和实验讨论来评估学生对双缝干涉实验的理解程度第三章：单缝衍射实验3.1 教学目标了解单缝衍射实验的原理掌握单缝衍射实验的操作方法理解单缝衍射条纹的分布规律3.2 教学内容单缝衍射实验的原理：光波的衍射、衍射条纹的形成单缝衍射实验的操作方法：设备的组装、调整和测量单缝衍射条纹的分布规律：非等间距、不对称、中心亮条纹3.3 教学方法采用实验演示和分组实验的方式进行教学通过实验操作和观察帮助学生理解单缝衍射实验的原理和条纹分布规律3.4 教学评估通过实验报告和实验讨论来评估学生对单缝衍射实验的理解程度第四章：干涉和衍射的比较4.1 教学目标了解干涉和衍射的联系和区别掌握干涉和衍射的原理和特点能够区分干涉和衍射现象4.2 教学内容干涉和衍射的联系：都是光波的波动现象干涉和衍射的区别：干涉是两个或多个光波的叠加，衍射是光波通过障碍物或开口的传播干涉和衍射的原理和特点：干涉需要相干光源，衍射需要光波通过障碍物或开口4.3 教学方法采用讲解和讨论的方式进行教学通过示例和图示帮助学生理解干涉和衍射的联系和区别4.4 教学评估通过课堂提问和讨论来评估学生对干涉和衍射的理解程度第五章：光的干涉应用5.1 教学目标了解光的干涉应用的领域掌握光的干涉技术的原理和方法理解光的干涉技术的重要性5.2 教学内容光的干涉应用的领域：光学仪器、光学通信、光学显示等光的干涉技术的原理和方法：干涉仪、干涉滤光片、干涉显微镜等光的干涉技术的重要性：提高光学系统的分辨率和灵敏度5.3 教学方法采用讲解和示例的方式进行教学通过实际应用案例帮助学生理解光的干涉技术的原理和重要性5.4 教学评估通过课堂提问和讨论来评估学生对光的干涉应用的理解程度第六章：薄膜干涉6.1 教学目标了解薄膜干涉现象的产生掌握薄膜干涉条纹的特性理解薄膜干涉在实际应用中的意义6.2 教学内容薄膜干涉现象的产生：光照射在薄膜上下表面反射形成的干涉薄膜干涉条纹的特性：等间隔、对称、与薄膜厚度有关薄膜干涉在实际应用中的意义：光学滤光片、增透膜、反射镜等6.3 教学方法采用讲解、演示和实验相结合的方式进行教学通过示例和图示帮助学生理解薄膜干涉现象的产生和条纹特性6.4 教学评估通过课堂提问和学生实验报告来评估学生对薄膜干涉的理解程度第七章：迈克尔逊干涉仪7.1 教学目标了解迈克尔逊干涉仪的构造和原理掌握迈克尔逊干涉仪的操作方法理解迈克尔逊干涉仪在科学研究中的应用7.2 教学内容迈克尔逊干涉仪的构造：两个相互垂直的光路迈克尔逊干涉仪的原理：两束光路的光程差引起的干涉迈克尔逊干涉仪的操作方法：设备的组装、调整和测量迈克尔逊干涉仪在科学研究中的应用：测量光的波长、折射率等7.3 教学方法采用实验演示和分组实验的方式进行教学通过实验操作和观察帮助学生理解迈克尔逊干涉仪的构造和应用7.4 教学评估通过实验报告和实验讨论来评估学生对迈克尔逊干涉仪的理解程度第八章：激光干涉技术8.1 教学目标了解激光干涉技术的原理掌握激光干涉技术的应用理解激光干涉技术在现代科技中的重要性8.2 教学内容激光干涉技术的原理：激光的相干性和干涉现象激光干涉技术的应用：测距、测速、光学成像等激光干涉技术在现代科技中的重要性：精密测量、光盘刻录等8.3 教学方法采用讲解和示例的方式进行教学通过实际应用案例帮助学生理解激光干涉技术的原理和应用8.4 教学评估通过课堂提问和讨论来评估学生对激光干涉技术的理解程度第九章：干涉现象的数学描述9.1 教学目标掌握干涉现象的数学表达式理解干涉条纹的分布规律学会运用数学方法分析干涉现象9.2 教学内容干涉现象的数学表达式：干涉条纹的间距、强度等干涉条纹的分布规律：等间隔、对称、非等间隔等运用数学方法分析干涉现象：傅里叶级数、衍射理论等9.3 教学方法采用讲解和练习的方式进行教学通过示例和图示帮助学生理解干涉现象的数学描述方法9.4 教学评估通过课堂提问和练习题来评估学生对干涉现象数学描述的理解程度第十章：光的干涉现象研究前沿10.1 教学目标了解光的干涉现象研究的新进展掌握干涉现象在前沿领域的应用培养学生的创新意识和科研能力10.2 教学内容光的干涉现象研究的新进展：量子干涉、非线性干涉等干涉现象在前沿领域的应用：光子晶体、光学芯片等培养学生的创新意识和科研能力：探索新的干涉现象和应用10.3 教学方法采用讲座和讨论的方式进行教学通过前沿领域的实例和科研项目帮助学生了解光的干涉现象的研究前沿10.4 教学评估通过课堂提问和讨论来评估学生对光的干涉现象研究前沿的理解程度第十一章：干涉现象的计算机模拟11.1 教学目标了解计算机模拟干涉现象的方法掌握计算机模拟干涉现象的软件工具能够运用计算机模拟干涉现象并分析结果11.2 教学内容计算机模拟干涉现象的方法：数值模拟、图像处理等计算机模拟干涉现象的软件工具：Python、MATLAB等运用计算机模拟干涉现象并分析结果：编写程序、调整参数、分析干涉条纹等11.3 教学方法采用讲解和练习的方式进行教学通过示例和图示帮助学生理解计算机模拟干涉现象的方法和工具11.4 教学评估通过课堂提问和练习题来评估学生对计算机模拟干涉现象的理解程度第十二章：光的干涉现象实验设计与分析12.1 教学目标能够设计光的干涉现象实验掌握实验数据的采集与处理方法理解实验结果的分析与解释12.2 教学内容光的干涉现象实验设计：选择实验器材、确定实验步骤、设计实验方案实验数据的采集与处理方法：使用仪器测量、记录数据、处理数据实验结果的分析与解释：分析干涉条纹的特性、解释实验结果、讨论实验误差12.3 教学方法采用实验演示和分组实验的方式进行教学通过实验操作和观察帮助学生理解实验设计与分析的方法12.4 教学评估通过实验报告和实验讨论来评估学生对光的干涉现象实验设计与分析的理解程度第十三章：光的干涉现象在科学研究中的应用13.1 教学目标了解光的干涉现象在科学研究中的应用领域掌握光的干涉现象在实际科研中的实例培养学生的科研思维和创新能力13.2 教学内容光的干涉现象在科学研究中的应用领域：物理、化学、生物等光的干涉现象在实际科研中的实例：干涉光谱、干涉成像等培养学生的科研思维和创新能力：分析实际问题、设计干涉实验、提出解决方案13.3 教学方法采用讲解和实例分析的方式进行教学通过实际科研案例帮助学生了解光的干涉现象在科学研究中的应用13.4 教学评估通过课堂提问和讨论来评估学生对光的干涉现象在科学研究中的应用的理解程度第十四章：光的干涉现象与技术的发展趋势14.1 教学目标了解光的干涉现象与技术的发展趋势掌握新兴干涉技术及其应用培养学生的前瞻性和判断力14.2 教学内容光的干涉现象与技术的发展趋势：从传统干涉到纳米干涉、量子干涉等新兴干涉技术及其应用：光子集成电路、量子干涉仪等培养学生的前瞻性和判断力：分析技术发展、预测未来应用、评估潜在挑战14.3 教学方法采用讲座和讨论的方式进行教学通过前沿技术的实例和未来展望帮助学生了解光的干涉现象与技术的发展趋势14.4 教学评估通过课堂提问和讨论来评估学生对光的干涉现象与技术的发展趋势的理解程度第十五章：光的干涉现象综合讨论与研究15.1 教学目标能够综合运用所学知识分析光的干涉现象培养学生的独立研究和批判性思维能力了解光的干涉现象在实际应用中的挑战与机遇15.2 教学内容光的干涉现象综合讨论：结合不同章节内容，分析复杂的干涉现象培养学生的独立研究和批判性思维能力：设计研究问题、收集资料、提出观点了解光的干涉现象在实际应用中的挑战与机遇：讨论干涉技术的发展瓶颈和潜在解决方案15.3 教学方法采用小组讨论和报告的方式进行教学通过实际案例和问题引导学生进行综合分析和批判性思考15.4 教学评估通过小组报告和课堂讨论来评估学生对光的干涉现象综合讨论与研究的能力重点和难点解析重点：1. 光的干涉现象的定义、产生条件和特点。
激光干涉仪用途
简介以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统(见激光测长技术)测量位移的通用长度测量工具。
激光干涉仪有单频的和双频的两种。
单频的是在20世纪60年代中期出现的,最初用于检定基准线纹尺,后又用于在计量室中精密测长。
双频激光干涉仪是1970年出现的，它适宜在车间中使用。
激光干涉仪在极接近标准状态（温度为20℃、大气压力为101325帕、相对湿度59％、C O2含量0.03％）下的测量精确度很高，可达1×10−7。
工作原理一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。
另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。
从激光头射出的激光光束(1)具有单一频率，标称波长为0.633µm，长期波长稳定性（真空中）优于0.05ppm。
当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光—反射光束(2)和透射光束(3)。
这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束。
如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。
如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。
这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。
测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。
应当注意到，激光波长将取决于光束经过的空气的折射率。
由于空气折射率会随着气温、压力和相对湿度的变化而变化，用于计算测量值的波长值可能需要对这些环境参数的变化进行补偿。
在实践中，对于技术指标中的测量精度，只有线性位移（定位精度）测量需要进行此类补偿，在这种情况下两束光的光程差变化可能非常大。
产品用途1.激光干涉仪是检定数控机床、坐标测量机位置精度的理想工具。
检定时可按照规定标准处理测量数据并打印出误差曲线，为机床的修正提供可靠依据。
2.激光干涉仪配有各种附件，可测量小角度、平面度、直线度、平行度、垂直度等形位误差，在现场使用尤为方便。
第三章 光的干涉和干涉仪-2
加强
根据具体 情况而定
1
2 L 3
( k 1, 2,L )
n2 n1
M1 M2
P
r
(2k 1) 2
减弱
n1
i
A
2
D
2
n2
n1
C
d
E 4 F 5
( k 0,1, 2, L )
B
透射光的光程差 t n2 BC CE n1 EF 2n2 d cos 2
明纹
暗纹
当光程差Δ满足条件 :
极大:
2nh
极小:
2nh
2
m
2
2m 1
2
对于楔形平板，厚度相同点的轨迹是一些平行于楔棱的
等距直线，所以，楔形平板所生的等厚条纹就是一些平
行于楔棱的等距条纹.
讨论
b
n1 n
1）棱边处 h =0, 对应着
n
h
2 半波损失的又一“例证”
2n2 h sin 2
2n1h sin 2
∴ 条纹丌等间隔，中心疏，边缘密
2 反 2h n2 n12 sin 2 1 / 2 k
③、条纹级次分布: h一定时
k 反 i1 rk
k , h一定, i1 rk
R 2º相邻两环的间隔为 r rk 1 rk k 1R kR 2 k
3º复色光入射, 彩色囿环， 4º透射光不之互补 5º 动态反应 连续增加薄膜的厚度,视 场中条纹缩入。反之,冒出。 0 1 2 345…….
L D D L N 2nb b 2n
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迈克尔逊等倾干涉
11/11/2018
迈克尔逊等厚干涉
11/11/2018
返回
4 光程差计算
∵ M2′M1为虚薄膜，n1=n2=1 ∴ 光束 a2′和 a1′有半波损失且入射角i1等于反射角i2
5
极值条件
j
(2 j 1)
2d cosi2 2
相长
2d cosi2 2
虚薄膜
3、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
光源
a1
S
a
G1 45 G2
M2
a2
补偿板
半透半反膜
反 射 镜
a1′ a2′ E 观测装置
十字叉丝
▲
▲
等厚条纹
11/11/2018
返回
M2、M1平行 等倾干涉
M2、M1有小夹角 等厚干涉
11/11/2018
马赫- -泽德光纤干涉 仪
在光纤传感器中，大量 利用光纤马赫-泽德干涉 仪进行工作。 图2-38是一种用于温度 传感器的马赫-泽德干涉 仪结构示意图。 由激光器发出的相干光， 经分束器分别送入两根长 度相同的单模光纤。
11/11/2018
2
▲ 测折射率n
M1 光路a2中插入待测介质，产生 附加光程差
n
a2
2(n 1)l
注意 光通过介质两次
l
若相应移过 N 个条纹 则应有
2(n 1)l N
由此可测折射率n 。
11/11/2018
▲
用迈克耳孙干涉仪测气流
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2. 实验装置
——光纤化的迈克耳孙干涉仪 光源
反 射 镜
样 品 光纤聚焦器 电子学系统 计算机
探 测 器
光纤耦合器
11/11/2018
2.4.2 马赫-泽德干涉仪(Mach-Zehnder)
是一种大型光学仪器，它广泛应用于研究空气 动力学中气体的折射率变化、可控热核反应中 等离子体区的密度分布，并且在测量光学零件、 制备光信息处理中的空间滤波器等许多方面， 有着极其重要的应用。特别是，它已在光纤传 感技术中被广泛采用。 马赫-泽德干涉仪也是一种分振幅干涉仪，与迈 克尔逊干涉仪相比，在光通量的利用率上，大 约要高出一倍。
( j)
(e )
M1
M2
M1
M2
M1
M2 M2
M2
M2
M1
M2
M1
M2
M1
M2
(f)
M1
M2
( g) ( h)
M1
M1
(i )
( j)
M1
11/11/2018
返回
6 迈克尔逊干涉应用
▲ 测量微小位移仪- -激光比长仪
精 度 ： 人 眼 观 测 /2 ， 光 电 管 ： /20,光电外差法/1000。
11/11/2018
1 迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心。
11/11/2018
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2、仪器结构、光路
反射镜
M1 M2
虚薄膜
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
11/11/2018
11/11/2018
反射镜
M1 M 2
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条纹的定域问题
在实际应用中，为了提高干 涉条纹的亮度，通常都利用 扩展光源，此时干涉条纹是 定域的。 当四个反射面严格平行时， 条纹定域在无穷远处，或定 域在L2的焦平面上； 当M2和G2同时绕自身垂直轴转动时，条纹虚定域于M2和 G2之间(图2-37)。 即通过调节M2和G2，可使条纹定域在M2和G2之间的任意 位置上，从而可以研究任意点处的状态。
2.4 典型干涉仪器及其应用
2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4
迈克尔逊干涉仪 马赫-曾德干涉仪 法布里-珀罗干涉仪 干涉滤波片
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2.4.1 迈克尔逊干涉仪
1 迈克耳孙干涉仪 2 仪器结构、光路 3 工作原理 4 光程差计算 5 极值条件 6 应用
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工作原理
假设S是一个单色点光源，所 发出的光波经L1准直后入射到 反射面A1上，经A1透射和反射、 并由M1和M2反射的平面光波的 波面分别为W1和W2； 一般情况下，W1相对于A2的虚像W１’与W2互相倾斜，形 成一个空气隙，在W2上将形成平行等距的直线干涉条纹 (图中画出了两支出射光线在W2的P点虚相交)，条纹的走 向与W2和W１′所形成空气楔的楔棱平行。 当有某种物理原因(例如，使W2通过被研究的气流)使W2 发生变形，则干涉图形不再是平行等距的直线，从而可 以从干涉图样的变化测出相应物理量(例如，所研究区 域的折射率或密度)的变化。
迈克耳孙（A.A.Michelson）美籍德国人
• 获1907诺贝尔物理奖。 • 1881年设计制作，迈克 尔逊曾用它做过三个重要 实验： •迈克尔逊-莫雷以太 漂移实验； •第一次系统地研究了 光谱精细结构； •首次将光谱线的波长 与标准米进行比较， 建立了以波长为基准 的标准长度
迈克耳孙在工作
若M1平移d 时， 光程差改变2d 干涉条纹移过N条
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2
( j 0,1,2)
相消
d N
2 d N
2
(a )
(b)
(c )
(d )
(e )
干 涉 条 纹 和 虚 空 气 膜 的 对 应 关 系
(f)
(a )
( g)
(b)
( h)
(c )
(i )
(d )
在图2-34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。
当光电显微镜对准待测物体的起始端时，它向记录仪发 出一个信号，使记录仪开始记录干涉条纹数。 当物体测量完时，光电显微镜对准物体的末端，发出一 个终止信号，使记录仪停止工作。 利用 h m 就可算出待测物体的长度。
这是因为在迈克尔逊干涉仪中，有一半光通量将返 回到光源方向，而马赫-泽德干涉仪却没有这种返回 光源的光。
结构示意图
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马赫-泽德干涉仪结构示意图
G1、G2是两块分别具有半反射面 A1、A2的平行平面玻璃板； M1、M2是两块平面反射镜； 四个反射面通常安排成近乎 平行，其中心分别位于一个 平行四边形的四个角上，平 行四边形长边的典型尺寸是 1-2m； 光源S置于透镜L1的焦平面上。 S发出的光束经L1准直后在A1 上分成两束，它们分别由M1、 A2反射和由M2反射、A2透射， 进入透镜L2，出射的两光相遇， 产生干涉。