1、邁克爾遜干涉儀 HYPERLINK /view/321080.htm?fromId=167570# 求助編輯百科名片 HYPERLINK /picview/321080/321080/0/a583631e3046d2ca1bd576b9.html 邁克爾遜干涉儀 HYPERLINK /view/80442.htm 邁克爾遜干涉儀,是1883年美國(guó) HYPERLINK /view/67012.htm 物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的精密光學(xué)儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉。通過(guò)調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生 HYPERLINK /view/2532473.htm

2、等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。主要用于長(zhǎng)度和折射率的測(cè)量，若觀察到干涉條紋移動(dòng)一條，便是M2的動(dòng)臂移動(dòng)量為/2，等效于M1與M2之間的空氣膜厚度改變/2。在近代物理和近代計(jì)量技術(shù)中，如在光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究和用光波標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)米尺等實(shí)驗(yàn)中都有著重要的應(yīng)用。利用該儀器的原理，研制出多種專用干涉儀。分光計(jì)目錄 HYPERLINK l 1 邁克爾遜干涉儀工作原理 HYPERLINK l 2 邁克爾遜干涉儀 HYPERLINK l 3 配置 HYPERLINK l 4 應(yīng)用 HYPERLINK l 5 非線性邁克耳孫干涉儀 HYPERLINK l 6 邁克爾遜干涉儀使用注意事項(xiàng) HYPERLINK

3、 編輯本段邁克爾遜干涉儀工作原理干涉條紋是等光程差點(diǎn)的軌跡，因此，要分析某種干涉產(chǎn)生的圖樣，必求出相干光的光程差位置分布的函數(shù)。若干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，一定是場(chǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光程差發(fā)生了變化，引起光程差變化的原因，可能是光線長(zhǎng)度L發(fā)生變化，或是光路中某段介質(zhì)的折射率n發(fā)生了變化，或是薄膜的厚度e發(fā)生了變化。G2是一面鍍上半透半反膜，M1、M2為平面反射鏡，M1是固定的，M2和G1精密絲相連，使其可以向前后移動(dòng)，最小讀數(shù)為10-4mm，可估計(jì)到10-5mm, M1和M2后各有幾個(gè)小螺絲可調(diào)節(jié)其方位。當(dāng)M2和M1嚴(yán)格平行時(shí)，M2會(huì)移動(dòng),表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從中心“吐出”或向中心“吞進(jìn)”。兩平面鏡之

4、間的“空氣間隙”距離增大時(shí)，中心就會(huì)“吐出”一個(gè)個(gè)條紋；反之則“吞進(jìn)”。M2和M1不嚴(yán)格平行時(shí)，則表現(xiàn)為等厚干涉條紋，在M2移動(dòng)時(shí)，條紋不斷移過(guò)視場(chǎng)中某一標(biāo)記位置，M2平移距離 d 與條紋移動(dòng)數(shù) N 的關(guān)系滿足。 HYPERLINK /picview/321080/321080/0/8435e5dde71190efe4825f96ce1b9d16fdfa607a.html 邁克爾遜干涉儀示意經(jīng)M2反射的光三次穿過(guò)分光板，而經(jīng)M1反射的光通過(guò)分光板只一次。補(bǔ)償板的設(shè)置是為了消除這種不對(duì)稱。在使用單色光源時(shí)，可以利用空氣光程來(lái)補(bǔ)償，不一定要補(bǔ)償板；但在復(fù)色光源時(shí)，由于玻璃和空氣的色散不同，補(bǔ)償板則

5、是不可或缺的。如果要觀察白光的干涉條紋，臂基本上完全對(duì)稱，也就是兩相干光的光程差要非常小，這時(shí)候可以看到彩色條紋；假若M1或M2有略微的傾斜，就可以得到等厚的交線處（d=0）的干涉條紋為中心對(duì)稱的彩色直條紋，中央條紋由于半波損失為暗條紋。 HYPERLINK 編輯本段邁克爾遜干涉儀（英文：Michelson interferometer）是光學(xué) HYPERLINK /view/142180.htm 干涉儀中最常見的一種，其發(fā)明者是 HYPERLINK /view/2398.htm 美國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特亞伯拉罕邁克耳孫。邁克耳孫干涉儀的原理是一束入射光分為兩束后各自被對(duì)應(yīng)的平面鏡反射回來(lái)，這兩束

6、光從而能夠發(fā)生干涉。干涉中兩束光的不同 HYPERLINK /view/48663.htm 光程可以通過(guò)調(diào)節(jié)干涉臂長(zhǎng)度以及改變介 HYPERLINK /picview/321080/321080/0/9864a23171886d8b5fdf0e28.html 邁克耳孫干涉儀的光路(補(bǔ)償板未畫出)質(zhì)的 HYPERLINK /view/42992.htm 折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而能夠形成不同的干涉圖樣。邁克耳孫和愛德華威廉姆斯莫雷使用這種干涉儀于1887年進(jìn)行了著名的邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)，并證實(shí)了 HYPERLINK /view/27513.htm 以太的不存在。 HYPERLINK 編輯本段配置如右圖所

7、示，在一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的邁克耳孫干涉儀中從 HYPERLINK /view/56137.htm 光源到 HYPERLINK /view/265495.htm 光檢測(cè)器之間存在有兩條光路：一束光被光學(xué)分束器（例如一面半透半反鏡）反射后入射到上方的平面鏡后反射回分束器，之后透射過(guò)分束器被光檢測(cè)器接收；另一束光透射過(guò)分束器后入射到右側(cè)的平面鏡，之后反射回分束器后再次被反射到光檢測(cè)器上。注意到兩束光在干涉過(guò)程中穿過(guò)分束器的次數(shù)是不同的，從右側(cè)平面鏡反射的那束光只穿過(guò)一次分束器，而從上方平面鏡反射的那束光要經(jīng)過(guò)三次，這會(huì)導(dǎo)致兩者光程差的變化。對(duì)于單色光的干涉而言這無(wú)所謂，因?yàn)檫@種差異可以通過(guò)調(diào)節(jié)干涉臂長(zhǎng)度來(lái)補(bǔ)償

8、；但對(duì)于復(fù)色光而言由于在介質(zhì)中不同色光存在 HYPERLINK /view/47254.htm 色散，這往往需要在右側(cè)平面鏡的路徑上加一塊和分束器同樣材料和厚度的補(bǔ)償板，從而能夠消除由這個(gè)因素導(dǎo)致的光程差。在干涉過(guò)程中，如果兩束光的光程差是半 HYPERLINK /view/45341.htm 波長(zhǎng)的偶數(shù)倍（0，1，2），在光檢測(cè)器上得到的是相長(zhǎng)的干涉信號(hào)（即：顯示亮紋）；如果光程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍（0.5，1.5，2.5），在光檢測(cè)器上得到的是相消的干涉信號(hào)（即：顯示暗紋）。當(dāng)兩面平面鏡嚴(yán)格垂直時(shí)為 HYPERLINK /view/947512.htm 等傾干涉，其干涉光可以在屏幕上接收為圓

9、環(huán)形的等傾條紋；而當(dāng)兩面平面鏡不嚴(yán)格垂直時(shí)是 HYPERLINK /view/947509.htm 等厚干涉，可以得到以等厚交線為中心對(duì)稱的直等厚條紋。在光波的干涉中能量被重新分布，相消干涉位置的光能量被轉(zhuǎn)移到相長(zhǎng)干涉的位置，而總能量總保持守恒。19世紀(jì)末人們通過(guò)使用氣體放電管、濾色鏡、狹縫或針孔成功得到了邁克耳孫干涉儀的干涉條紋，而在一個(gè)版本的邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)中采用的光源是星光。星光不具有時(shí)間 HYPERLINK /view/3814189.htm 相干性，但由于其從同一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出而具有足夠好的空間相干性，從而可以作為邁克耳孫干涉儀的有效光源。 HYPERLINK 編輯本段應(yīng)用邁克耳孫干

10、涉儀的最著名應(yīng)用即是它在邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)中對(duì)以太風(fēng)觀測(cè)中所得到的零結(jié)果，這朵十九世紀(jì)末經(jīng)典物理學(xué)天空中的烏云為 HYPERLINK /view/24944.htm 狹義相對(duì)論的基本假設(shè)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。除此之外，由于 HYPERLINK /view/1264056.htm 激光干涉儀能夠非常精確地測(cè)量干涉中的光程差，在當(dāng)今的 HYPERLINK /view/39440.htm 引力波探測(cè)中邁克耳孫干涉儀以及其他種類的干涉儀都得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。 HYPERLINK /view/2129041.htm 激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）等諸多地面激光干涉引力波探測(cè)器的基本原理就是通過(guò)邁克耳孫干涉

11、儀來(lái)測(cè)量由引力波引起的激光的光程變化，而在計(jì)劃中的 HYPERLINK /view/1718174.htm 激光干涉空間天線（LISA）中，應(yīng)用邁克耳孫干涉儀原理的基本構(gòu)想也已經(jīng)被提出。邁克耳孫干涉儀還被應(yīng)用于尋找 HYPERLINK /view/558597.htm 太陽(yáng)系外行星的探測(cè)中，雖然在這種探測(cè)中馬赫-曾特干涉儀的應(yīng)用更加廣泛。邁克耳孫干涉儀還在延遲干涉儀，即光學(xué)差分相移鍵控解調(diào)器（Optical DPSK）的制造中有所應(yīng)用，這種解調(diào)器可以在 HYPERLINK /view/165607.htm 波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中將 HYPERLINK /view/4840213.htm 相位調(diào)制轉(zhuǎn)換成

12、振幅調(diào)制。 HYPERLINK 編輯本段非線性邁克耳孫干涉儀在所謂非線性邁克耳孫干涉儀中，標(biāo)準(zhǔn)的邁克耳孫干涉儀的其中一條干涉臂上的平面鏡被替換為一個(gè)Gires-Tournois干涉儀或Gires-Tournois標(biāo)準(zhǔn)具，從Gires-Tournois標(biāo)準(zhǔn)具出射的光場(chǎng)和另一條干涉臂上的反射光場(chǎng)發(fā)生干涉。由于Gires-Tournois標(biāo)準(zhǔn)具導(dǎo)致的相位變化和光波長(zhǎng)有關(guān)，并且具有階躍的響應(yīng)，非線性邁克耳孫干涉儀有很多特殊的應(yīng)用，例如 HYPERLINK /view/21461.htm 光纖通信中的光學(xué)梳狀濾波器。另外，邁克耳孫干涉儀的兩條干涉臂上的平面鏡都可以被替換為Gires-Tournois標(biāo)準(zhǔn)具，此時(shí)的非線性邁克耳孫干涉儀會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的非線性效應(yīng)，并可以用來(lái)制造反對(duì)稱的光學(xué)梳狀濾波器。 HYPERLINK 編