
干涉仪(英文:Interferometer)是一种基于光波干涉原理的高精度光学测量仪器。其核心原理是利用两束或多束相干光波在空间叠加时产生的干涉条纹(明暗相间的图案),通过分析条纹的移动、形变或相位差来测量微小位移、折射率变化、表面形貌、波长等物理量,精度可达纳米甚至亚纳米级。
分波与合波
干涉仪先将光源(如激光)发出的光束通过分束器(Beam Splitter)分为两束或多束相干光(参考光与测量光),使其沿不同路径传播后重新汇合并发生干涉。
示例公式:干涉光强分布
$$ I = I_1 + I_2 + 2sqrt{I_1 I_2} cos(delta phi) $$
其中 (delta phi) 为光程差引起的相位差,决定明暗条纹位置。
测量依据
被测物理量(如位移(Delta L))会改变其中一束光的光程,导致相位差变化((delta phi = frac{2pi}{lambda} cdot 2Delta L)),进而引起干涉条纹移动。通过检测条纹移动量即可反推被测参数。
类型 | 典型应用场景 |
---|---|
迈克尔逊干涉仪 | 引力波探测(如LIGO)、长度标准校准、薄膜厚度测量 |
马赫-曾德尔干涉仪 | 光纤通信信号调制、气体折射率监测、流体流速测量 |
法布里-珀罗干涉仪 | 高分辨率光谱分析、激光谐振腔设计、光学滤波器 |
白光干涉仪 | 微纳表面三维形貌重建(台阶高度、粗糙度)、半导体晶圆检测 |
《光学手册》(Handbook of Optics, McGraw Hill)
定义干涉仪为“通过干涉现象测量波前相位或光程差的仪器”,详述其数学基础与设计准则。
→ 查看定义(需访问出版社官网)
美国国家标准与技术研究院(NIST)
在长度计量领域,干涉仪被列为实现米定义(光波长基准)的核心设备,用于激光波长校准与纳米尺度溯源。
中国《物理学名词》(科学出版社)
汉英对照术语“干涉仪(Interferometer)”明确其“利用干涉条纹进行精密测量的装置”属性。
→ 术语库参考(搜索“干涉仪”)
提示:实际应用中常结合压电陶瓷反馈、锁相放大技术以提升稳定性。
干涉仪是一种基于波的干涉现象进行精密测量的光学仪器,主要用于获取物体的物理参数(如形状、折射率、振动等)。以下是其核心要点:
干涉现象
当两列频率相同、相位差恒定的光波叠加时,会产生明暗交替的干涉条纹。振幅变化公式为:
$$
A = sqrt{A_1 + A_2 + 2A_1A_2cos(Deltaphi)}
$$
其中,$Deltaphi$为相位差,通过条纹移动可反推光程差或物理量变化。
工作原理
干涉仪将光源分为两束光:一束作为参考光,另一束通过被测物体后与参考光叠加。光程差的变化会导致干涉条纹移动,通过分析条纹变化即可测量样品的表面形貌、折射率或尺寸。
更多类型和应用可参考相关光学工程文献或专业仪器手册。
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