典型干涉仪及其应用

干涉仪原理及使用干涉仪是一种用来测量光波干涉现象的仪器。

它基于干涉原理，通过测量光波的干涉条纹来获得一些物理参数，如波长、折射率等。

干涉仪广泛应用于科学研究、工业检测以及精密测量等领域。

干涉仪的工作原理主要是利用光波的干涉现象。

当光波通过不同的光程时，会出现干涉。

光程差越大，干涉现象越明显。

干涉仪通常由两个光学路径组成，其中一个路径与待测物体接触，另一个路径作为参考。

当两个光程的相位发生改变时，就会产生干涉现象。

干涉仪可以分为两种类型：干涉及干涉仪。

干涉光学技术是通过将光源分为两部分，然后重新叠加这两部分光线，从而产生干涉现象。

干涉技术通常使用光栅、分束镜、反射镜等光学元件来控制光程差和相位差。

干涉仪则是将光波分为两束，然后通过干涉现象来测量物理量。

干涉仪的使用主要有以下几个步骤：1.准备工作：首先要确定目标参数需要测量的量值范围和精度要求。

然后选择适当的仪器型号和规格，并进行仪器的校准和调试。

2.搭建干涉仪：将干涉仪的各个光学元件正确组装起来，确保光学路径的稳定性和对齐。

干涉仪通常由光源、分束镜、干涉仪主体、干涉条纹显示和检测系统等组成。

3.调整初始位置：使用调节器件如反射镜、透镜等来调整光路，确保光路的稳定和光线的平行。

通过观察干涉条纹的形状和变化来判断光路的调整是否准确。

4.测量目标参数：根据目标参数的不同，选择合适的测量方式和方法。

比如，使用多普勒干涉仪来测量物体的速度和位移，使用迈克尔逊干涉仪来测量物体的折射率和薄膜的厚度等。

5.数据处理和结果分析：根据测量的数据，进行数据处理和分析，获得所需的物理量。

根据实际需要，可以进行图像处理、统计分析和曲线拟合等操作。

干涉仪的应用非常广泛。

在科学研究领域，干涉仪广泛应用于光学实验、波动光学研究等领域。

在工业检测中，干涉仪可用于测量零件的尺寸、表面粗糙度、形状等参数。

在精密测量中，干涉仪可用于测量光栅、薄膜、干涉仪本身的参数等。

此外，干涉仪还可用于光谱分析、光学显微镜和干涉光刻等领域。

迈克尔孙干涉仪的原理与应用1. 引言迈克尔孙干涉仪是一种常见的干涉测量仪器，广泛应用于光学领域和物理实验室中。

它利用干涉现象来测量光的相位差，从而实现对介质折射率的测量、光程差的计算和表面形貌的研究等。

2. 原理迈克尔孙干涉仪的原理基于干涉现象和Michelson干涉仪的设计。

它由一个光源、分束器、样品光路和参考光路组成。

2.1 干涉现象干涉是指两束或多束相干光波相遇时，互相叠加形成干涉条纹的现象。

干涉现象的产生需要符合相干条件，即光源发出的光波具有相干性。

2.2 Michelson干涉仪设计Michelson干涉仪是由一个光源、分束器、样品光路和参考光路组成。

光源发出的光经过分束器分为两束光，一束通过样品光路，另一束通过参考光路。

两束光重新相遇，在干涉仪的输出端口形成干涉条纹。

3. 迈克尔孙干涉仪的构造迈克尔孙干涉仪在Michelson干涉仪的基础上进行了改进，主要是增加了一块玻璃片作为样品。

样品在光路中引入一个附加的光程差，从而改变干涉条纹的特性。

3.1 分束器分束器是将来自光源的光分为两束的装置。

常见的分束器包括玻璃板分束器和波导器。

3.2 样品样品是在样品光路中引入光程差的元件。

常见的样品包括玻璃片、薄膜和涂层等。

3.3 干涉条纹干涉条纹是迈克尔孙干涉仪中观察到的光强分布形式。

它由干涉光波的叠加形成，可通过干涉仪的输出端口观察到。

4. 应用迈克尔孙干涉仪具有广泛的应用领域，如下所示：4.1 介质折射率测量通过调节样品光路中的样品厚度或折射率，可以测量样品的折射率。

4.2 光程差计算利用干涉条纹的变化可计算光程差，从而实现对光路长度的测量。

4.3 表面形貌研究通过观察干涉条纹的变化，可以研究材料的表面形貌和薄膜的厚度分布等。

4.4 光学实验教学迈克尔孙干涉仪作为一种常见的光学实验仪器，广泛用于光学实验教学中，帮助学生理解和掌握光的干涉现象。

5. 结论迈克尔孙干涉仪是一种重要的干涉测量仪器，它利用干涉条纹的形成来测量光学参数和研究材料的表面形貌。

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。

工光论文精密仪器与光电子工程学院测控技术与仪器二班朱沐勋3011202064物理光学应用干涉应用举例——迈克尔逊干涉仪概述朱沐勋（天津大学精仪学院 3011202064）摘要：为了加强对课内所学干涉知识的了解，以迈克尔逊干涉仪为核心，进行了一系列的探索和学习。

通过了解迈克尔逊的生平事迹，了解迈克尔逊仪形成的历史背景，原理，制造技术要求等等。

在此基础上，了解迈克尔逊仪的主要技术参数，具体应用以及当前较为先进的技术应用，具体以激光干涉引力波天文台为例。

在文章最后，针对迈克尔逊仪在具体应用和发展中存在的问题，提出了一些解决阻碍发展的途径。

关键字：迈克尔逊干涉仪；光程差；激光干涉引力波天文台Application of Physical optics interferometric ——overview ofMichelsonInterferometerZhu Muxun(Precision instruments and optoelectronic engineering institute,TianjinUniversity,Tianjin,300072,China)Abstract：In order to strengthen the interferometry knowledge on the class，we make The Michelson Interferometer as the core and take a series of exploration and learning of it. By learning Michelson’s history,we also learn the historical background of Michelson interferometer formed , principles, manufacturing technology requirements, etc. Base on all the above, we try to learn the main technical parameters of the Michelson Interferometer, specific application and the current advanced technology application,for example,The laser interferometer gravitational wave observatory. At the end of the article, we find some problemsof the Michelson Interferometer, and come out with some ways to solve them. Keywords:The Michelson Interferometer;optical path difference (OPD);The laser interferometer gravitational wave observatory1.光的干涉原理干涉在不同的领域有着不同的含义。

用光学仪器观察干涉和衍射现象干涉和衍射是光学中重要的现象，通过使用光学仪器观察和研究这些现象，可以深入了解光的本质和光的行为。

本文将介绍一些常见的光学仪器，以及利用这些仪器观察干涉和衍射现象的方法和实验结果。

一、干涉仪器1. 干涉仪干涉仪是一种专门用于观察和研究光的干涉现象的仪器。

常见的干涉仪包括杨氏双缝干涉仪和麦克斯韦环干涉仪。

这些干涉仪基本原理相似，都是利用光的干涉现象来测量光的性质和测量物体的形状和尺寸。

2. 干涉滤光片干涉滤光片是一种特殊的滤光片，通过两个或多个不同厚度的光学材料组合而成。

利用干涉滤光片，可以选择性地通过或抑制特定的光波长和颜色。

观察干涉滤光片时，可以看到明暗交替的条纹，这是干涉和衍射现象的结果。

二、衍射仪器1. 衍射光栅衍射光栅是一种利用光的衍射现象来分析光谱的重要仪器。

光栅由许多平行的、等间隔的透明或反射的条纹组成。

光在通过衍射光栅时，会发生衍射现象，产生连续的光谱。

通过观察和研究衍射光栅产生的光谱，可以测量光的波长和频率。

2. 单缝衍射仪单缝衍射仪是一种用于观察和研究光的衍射现象的仪器。

它由一个狭缝和一个屏幕组成。

当光通过单缝时，会发生衍射现象，形成一系列的明暗条纹。

通过观察这些条纹的形态和分布，可以推断出光的波长和光的传播特性。

三、观察干涉和衍射现象的方法和实验结果1. 干涉现象实验利用干涉仪器如杨氏双缝干涉仪或麦克斯韦环干涉仪，可以进行干涉现象实验。

根据实验要求，可以调整干涉仪的参数，如缝宽、缝间距和光源波长等，观察产生的干涉条纹的形态和分布。

通过对干涉条纹的分析，可以获得光的波长和干涉仪的特性参数。

2. 衍射现象实验利用衍射仪器如衍射光栅或单缝衍射仪，可以进行衍射现象实验。

通过调整仪器的参数，如光栅间距、狭缝宽度和光源波长等，观察产生的衍射光谱的形态和特性。

通过对衍射光谱的分析，可以推断出光的波长和仪器的参数。

通过使用光学仪器观察干涉和衍射现象，我们可以深入了解光的本质和行为。

双光束激光干涉仪的应用激光干涉仪是一种利用激光光束的干涉现象来测量物体表面形状、薄膜厚度以及其他相关参数的仪器。

其中，双光束激光干涉仪是一种常见的激光干涉仪类型，它具有高精度、高灵敏度和无接触等特点，广泛应用于工业、科研和生活中。

一、工业应用双光束激光干涉仪在工业领域有着广泛的应用。

例如，它可以用于测量机械零件的形状和尺寸，以确保其质量和精度。

在制造汽车发动机零部件时，双光束激光干涉仪可以实时监测零件的加工过程，帮助工人及时调整工艺参数，避免出现不合格产品。

此外，双光束激光干涉仪还可以应用于光学元件的加工和检测，如透镜、棱镜等，确保其表面的平整度和形状精度。

二、科研应用双光束激光干涉仪在科研领域也得到了广泛的应用。

例如，它可以用于测量微小物体的位移和振动。

在材料科学研究中，双光束激光干涉仪可以帮助科学家研究材料的力学性能和热膨胀系数等参数，为材料的设计和应用提供依据。

此外，双光束激光干涉仪还可以用于测量微小液滴的表面张力和液体的粘度，为液体流体力学研究提供重要数据。

三、生活应用双光束激光干涉仪在生活中也有一些实际应用。

例如，它可以用于测量建筑物的变形和沉降。

在大型建筑物的施工过程中，双光束激光干涉仪可以实时监测建筑物的变形情况，及时发现并解决问题，确保建筑物的安全性。

此外，双光束激光干涉仪还可以用于测量地壳运动和地震活动，为地震学研究提供重要数据，提高地震预警的准确性。

总之，双光束激光干涉仪是一种应用广泛的仪器，它在工业、科研和生活中都有着重要的作用。

通过利用激光光束的干涉现象，双光束激光干涉仪可以实现高精度、高灵敏度和无接触的测量，为各个领域的研究和应用提供了重要的技术手段。

随着科技的不断发展，双光束激光干涉仪的应用将会更加广泛，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。

实验一 麦克尔逊干涉仪原理和应用一、实验目的1、了解麦克尔逊干涉仪的结构和基本原理。

2、掌握麦克尔逊干涉仪的调节和使用方法。

二、实验内容1、用氦氖激光器的632.8nm 谱线校正干涉仪的刻度尺。

2、用麦克尔逊干涉仪测量氦氖激光或纳光的波长。

3、用麦克尔逊干涉仪测定纳光D 双线的波长差。

三、实验仪器1、麦克尔逊干涉仪2、氦氖激光器3、纳光灯及电源变压器4、扩束透镜5、细针或叉丝6、毛玻璃屏7、读数小灯 四、实验原理干涉仪是凭借光的干涉原理以测量长度或长度变化的精密光学仪器。

干涉仪有多种构造形式，实验室中常用的是麦克尔逊干涉仪，其构造简图如图一所示。

1M 和2M 是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺丝，用来调节镜面的方位。

2M 是固定的，1M 由精密丝杆控制可沿臂前后移动，其移动距离由转盘读出。

在两臂相交处，有一与两臂轴各成450的平行平面玻璃板1P ，且在1P 的第二平面上涂以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和投射光2，故1P 又称为分光板。

2P 也是一平行平面玻璃板，与1P 平行放置，厚度和折射率均与1P 相同。

由于它补偿了光束1和光束2之间附加的光程差，故称为补偿板。

从扩展光源S 射来的光，到达分光板1P 后被分为两部分。

反射光1在1P 处反射后向着1M 前进，投射光2透过1P 后向着2M 前进。

这两列光波分别在21,M M 上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E 处。

既然这两列波来自光源上同一点O ，因而是相干光，在E 处的观察者能看到干涉图样。

由于光在分光板1P 的第二面上反射，使2M 在1M 附近形成一平行于1M 的虚像'2M ，因而光在麦克尔逊干涉仪中自1M 和2M 的反射，相当于自1M 和'2M 的反射。

由此可见，在麦克尔逊干涉仪中所产生的干涉，与厚度为d 的空气膜所才产生的干涉是等效的。

当1M 和'2M 平行时（也就是1M 和2M 恰好垂直），将观察到圆形条纹（等倾条纹）；当1M 和'2M 交成很小角度时，将观察到直线形的干涉条纹（等厚条纹）。

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。