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干涉仪（根据光干涉原理制成的仪器）

次浏览 | 更新时间：2023-05-16

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干涉仪

根据光干涉原理制成的仪器

干涉仪是根据光的干涉原理制成的一种仪器。分双光束干涉仪和多光束干涉仪两大类。其思想在于利用波的叠加性来获取波的相位信息，从而获得实验所关心的物理量。干涉仪并不仅仅局限于光干涉仪。干涉仪在天文学(Thompson et al,2001)，光学，工程测量，海洋学，地震学，波谱分析，量子物理实验，遥感，雷达等等精密测量领域都有广泛应用（Hariharan，2007）

基本信息

中文名	干涉仪
外文名	interferometer
分类	双光束干涉仪和多光束干涉仪
作用	①长度的精密测量②折射率的测定③ 波长的测量④检验光学元件的质量⑤用作高分辨率光谱仪⑥历史上的作用
原理	光的干涉

介绍

interferometer

利用干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动，而某一束相干光的光程变化是由它所通过的几何

干涉仪

路程或介质折射率的变化引起，所以通过干涉条纹的移动变化可测量几何长度或折射率的微小改变量，从而测得与此有关的其他物理量。测量精度决定于测量光程差的精度，干涉条纹每移动一个条纹间距，光程差就改变一个波长（～10-7米），所以干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的，其测量精度之高是任何其他测量方法所无法比拟的。

现状

2021年9月，中国科学技术大学潘建伟院士团队与美国麻省理工学院科研团队合作，利用济南量子技术研究院研制的周期极化铌酸锂波导，搭建颜色擦除强度干涉仪，成功分辨出1.43km距离外相距4.2mm的两个不同波长光源，以超过单望远镜衍射极限40倍的结果验证了颜色擦除强度干涉技术具备高空间分辨成像能力，相关成果在国际学术期刊《物理评论快报》发表。

应用

干涉仪分双光束干涉仪和多光束干涉仪两大类，前者有瑞利干涉仪、迈克耳孙干涉仪及其变型泰曼干涉仪、马赫-秦特干涉仪等，后者有法布里-珀罗干涉仪等。干涉仪的应用极为广泛。

长度测量

在双光束干涉仪中，若介质折射率均匀且保持恒定，则干涉条纹的移动是由两相干光几何路程之差发生变化所造成，根据条纹的移动数可进行长度的精确比较或绝对测量。迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪曾被用来以镉红谱线的波长表示国际米。

折射率测定

两光束的几何路程保持不变，介质折射率变化也可导致光程差的改变，从而引起条纹移动。瑞利干涉仪就是通过条纹移动来对折射率进行相对测量的典型干涉仪。应用于风洞的马赫-秦特干涉仪被用来对气流折射率的变化进行实时观察。

波长的测量

任何一个以波长为单位测量标准米尺的方法也就是以标准米尺为单位来测量波长的方法。以国际米为标准，利用干涉仪可精确测定光波波长。法布里-珀罗干涉仪（标准具）曾被用来确定波长的初级标准（镉红谱线波长）和几个次级波长标准，从而通过比较法确定其他光谱线的波长。

检验光学元件

泰曼干涉仪被普遍用来检验平板、棱镜和透镜等光学元件的质量。在泰曼干涉仪的一个光路中放置待检查的平板或棱镜，平板或棱镜的折射率或几何尺寸的任何不均匀性必将反映到干涉图样上。若在光路中放置透镜，可根据干涉图样了解由透镜造成的波面畸变，从而评估透镜的波像差。

引力波测量

干涉仪也可以用于引力波探测(Saulson,1994)。激光干涉仪引力波探测器的概念是前苏联科学家Gertsenshtein和Pustovoit在1962年提出的（Gertsenshtein和Pustovoit 1962。1969年美国科学家Weiss和Forward则分别在1969年即于麻省理工和休斯实验室建造初步的试验系统（Weiss 1972）。截止今日，激光干涉仪引力波探测器已经发展了40余年。目前LIGO激光干涉仪实验宣称首次直接测量到了引力波 (LIGO collaboration 2016)。LIGO可以认为是两路光线的干涉仪，而另外一类引力波探测实验，脉冲星测时阵列则可认为是多路光线干涉仪（Hellings和Downs,1983）。

其他

用作高分辨率光谱仪。法布里-珀罗干涉仪等多光束干涉仪具有很尖锐的干涉极大，因而有极高的光谱分辨率，常用作光谱的精细结构和超精细结构分析。

历史上的作用。19世纪的波动论者认为光波或电磁波必须在弹性介质中才得以传播，这种假想的弹性介质称为以太。人们做了一系列实验来验证以太的存在并探求其属性。以干涉原理为基础的实验最为精确，其中最有名的是菲佐实验和迈克耳孙-莫雷实验。1851年，A.H.L.菲佐用特别设计的干涉仪做了关于运动介质中的光速的实验，以验明运动介质是否曳引以太。1887年，A.A.迈克耳孙和E.W.莫雷合作利用迈克耳孙干涉仪试图检测地球相对绝对静止的以太的运动。对以太的研究为A.爱因斯坦的狭义相对论提供了佐证。

参考资料

[1]

我国科学家实现高空间分辨成像超传统衍射极限40倍_新闻_央视网(cctv.com) · 央视网[引用日期2021-09-04]

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