
幹涉儀(英文:Interferometer)是一種基于光波幹涉原理的高精度光學測量儀器。其核心原理是利用兩束或多束相幹光波在空間疊加時産生的幹涉條紋(明暗相間的圖案),通過分析條紋的移動、形變或相位差來測量微小位移、折射率變化、表面形貌、波長等物理量,精度可達納米甚至亞納米級。
分波與合波
幹涉儀先将光源(如激光)發出的光束通過分束器(Beam Splitter)分為兩束或多束相幹光(參考光與測量光),使其沿不同路徑傳播後重新彙合并發生幹涉。
示例公式:幹涉光強分布
$$ I = I_1 + I_2 + 2sqrt{I_1 I_2} cos(delta phi) $$
其中 (delta phi) 為光程差引起的相位差,決定明暗條紋位置。
測量依據
被測物理量(如位移(Delta L))會改變其中一束光的光程,導緻相位差變化((delta phi = frac{2pi}{lambda} cdot 2Delta L)),進而引起幹涉條紋移動。通過檢測條紋移動量即可反推被測參數。
類型 | 典型應用場景 |
---|---|
邁克爾遜幹涉儀 | 引力波探測(如LIGO)、長度标準校準、薄膜厚度測量 |
馬赫-曾德爾幹涉儀 | 光纖通信信號調制、氣體折射率監測、流體流速測量 |
法布裡-珀羅幹涉儀 | 高分辨率光譜分析、激光諧振腔設計、光學濾波器 |
白光幹涉儀 | 微納表面三維形貌重建(台階高度、粗糙度)、半導體晶圓檢測 |
《光學手冊》(Handbook of Optics, McGraw Hill)
定義幹涉儀為“通過幹涉現象測量波前相位或光程差的儀器”,詳述其數學基礎與設計準則。
→ 查看定義(需訪問出版社官網)
美國國家标準與技術研究院(NIST)
在長度計量領域,幹涉儀被列為實現米定義(光波長基準)的核心設備,用于激光波長校準與納米尺度溯源。
中國《物理學名詞》(科學出版社)
漢英對照術語“幹涉儀(Interferometer)”明确其“利用幹涉條紋進行精密測量的裝置”屬性。
→ 術語庫參考(搜索“幹涉儀”)
提示:實際應用中常結合壓電陶瓷反饋、鎖相放大技術以提升穩定性。
幹涉儀是一種基于波的幹涉現象進行精密測量的光學儀器,主要用于獲取物體的物理參數(如形狀、折射率、振動等)。以下是其核心要點:
幹涉現象
當兩列頻率相同、相位差恒定的光波疊加時,會産生明暗交替的幹涉條紋。振幅變化公式為:
$$
A = sqrt{A_1 + A_2 + 2A_1A_2cos(Deltaphi)}
$$
其中,$Deltaphi$為相位差,通過條紋移動可反推光程差或物理量變化。
工作原理
幹涉儀将光源分為兩束光:一束作為參考光,另一束通過被測物體後與參考光疊加。光程差的變化會導緻幹涉條紋移動,通過分析條紋變化即可測量樣品的表面形貌、折射率或尺寸。
更多類型和應用可參考相關光學工程文獻或專業儀器手冊。
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