工程光學典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應用

典型雙光束干涉系統(tǒng)裴索干涉儀邁克爾遜干涉儀外差干涉原理馬赫－增德干涉儀裴索干涉儀定義：等厚干涉型的干涉系統(tǒng)統(tǒng)稱為裴索干涉儀等厚條紋待測工件平晶標準驗規(guī)待測透鏡暗紋平面干涉儀球面干涉儀He邁克耳孫在工作邁克耳孫（A.A.Michelson）1852—1931美籍德國人因創(chuàng)造精密光學儀器，用以進行光譜學和度量學的研究,并精確測出光速,獲1907諾貝爾物理獎。Michelson干涉儀邁克耳孫干涉儀至今仍是許多光學儀器的核心。愛因斯坦：

我總認為邁克耳孫是科學中的藝術家，他的最大樂趣似乎來自實驗本身的優(yōu)美和所使用方法的精湛，他從來不認為自己在科學上是個嚴格的”專家”，事實上的確不是，但始終是個藝術家。重要的物理思想＋巧妙的實驗構思＋精湛的實驗技術科學中的藝術

許多著名的實驗都堪稱科學中的藝術，如：全息照相實驗、吳健雄實驗、施—蓋實驗等等。1構造和光路振幅分割型雙光束干涉儀；許多現代干涉計量儀器的基礎。不同方位看到的Michelson干涉儀裝置SM1M2G1G2EM2a1a1′a2a2′半透半反膜補償板反射鏡反射鏡光源觀測裝置虛薄膜B:beam-splitter(分束鏡);C:compensator(補償器);M1,M2:mirrors(反射鏡)激光器光源分光板補償板擴束鏡反射鏡M1反射鏡M2觀察屏M2移動導軌

二、工作原理光束

a2′和

a1′發(fā)生干涉▲M2、M1平行等傾條紋▲M2、M1有小夾角等厚條紋補償板作用：補償兩臂的附加光程差。十字叉絲等厚條紋SM1M2G1G2EM2a1a1′a2a2′半透半反膜補償板反射鏡反射鏡光源觀測裝置虛薄膜邁克耳孫等傾干涉邁克耳耳孫等等厚干干涉三、光光程差差計算算∵M2′M1為虛薄薄膜，，n1=n2=1∴光光束a2′和a1′無半波波損失失且入入射角角i1等于反反射角角i2四、極極值條條件相長相消若M1平移h時光程差改變2h干涉條紋移過N條干涉條條紋和和虛空空氣膜膜的對對應關關系等傾和和等厚厚干涉涉邁克耳耳孫干干涉儀儀三、應應用：：▲測折射射率：：▲測量微微小位位移ln光路a2中插入入待測測介質質，產產生附加光光程差差由此可測折折射率率n。以波長為尺度，可精確到M1a2若相應應移過過N個條紋紋則應有有注意光通過過介質質兩次次用邁克克耳孫孫干涉涉儀測測氣流流問題能否根根據上上述干干涉花花樣描描述氣氣流的的分布布狀況況？▲光學相相干CT——斷斷層層掃描描成像像新技技術（CT-ComputedTomography）第二代代：NMRCT－核磁共共振成成像第一代代：X射線CT射線CT－工業(yè)CT計算機斷層層成像利用邁克耳耳孫干涉儀儀原理測量量,空間分分辨率可達達微米的量量級.第三代：光學相干CT－OCT（OpticalCoherenceTomography，簡稱OCT）1、原理要實現微米米量級的空空間分辨率率（即dm），就要求能測量t10-14秒的時間延延遲。激光器的脈脈沖寬度要要很小—10－15秒（飛秒）樣品中不同同位置處反反射的光脈沖延遲遲時間也不不同：數量級估計計：樣品（1）樣品品反射光脈脈沖的延遲遲時間td時間延遲短短至10-14-10-15s，電子設設備難以直直接測量，，可利用邁克克耳孫干涉涉儀原理測測量。當參考光脈脈沖和信號號光脈沖序列列（眼睛的不不同部位反射得得到光脈沖沖序列）中的某一個個脈沖同時到達探測器表面面時,就會會產生光學干涉現現象。這這種情形形,只有當參參考光與與信號光光的這個脈沖沖經過相等光程程時才會產生生。因為10－15秒的光脈脈沖大約約只有一一個波長長。光源探測器參考鏡眼睛測量不同同結構層層面返回回的光延延遲，只只須移動動參考鏡，使參參考光分分別與不不同的信信號光產產生干涉涉。參考臂掃掃描可得得到樣品品深度方向的一一維測量量數據。。光束在在平行于樣樣品表面面的方向向進行掃掃描測量，，可得到到橫向的的數據。。將得到的的信號經經計算機機處理，，便可得到到樣品的的立體斷斷層圖像像。分別記錄錄下相應應的參考考鏡的空空間位置置，這些些位置便反映了了眼球內內不同結結構的相相對空間間位置。。光源探測器參考鏡眼睛▲圖像的斷斷層分辨辨率由光光的脈寬寬決定。?！鴪D像的橫橫向分辨辨率由光光束的直直徑決定定?！鴮獬梯^較長的多多次散射射光有極極強的抑抑制作用用。不同材料料或結構構的樣品品反射光光的強度度不同。。根據反反射光信信號的強強弱，賦賦予其相相應的色色彩，這這樣便得得到樣品品的假彩色圖圖。（2）樣樣品反射射光脈沖沖強度的的處理（3）OCT成成像的特特點：即使透明明度很差差的樣品品,仍可可得到清清晰的圖圖像。2.實實驗裝置置光源電子學系統(tǒng)計算機探測器光纖耦合合器樣品光纖聚焦焦器反射鏡——光纖纖化的邁邁克耳孫孫干涉儀儀大蔥表皮皮的OCT圖圖像實際樣品品大小為為10mm×4mm，圖中橫向分辨率約約為20m，縱向分辨率約約為25m。3.應應用生物醫(yī)醫(yī)學學材材料科科學········兔子眼球球前部的的OCT圖像角膜前表面角膜后表面晶狀體上皮睫狀體外差干涉涉法heterodyneinterferometerSM1M2D頻率偏移器PL2L1AB外差干涉的原理其中ABT△t雙頻激光光干涉儀(1)光光電探探測器接接收信號號為交流流信號，，前置放放大器為為高倍數數的交流流放大器器，不用用直流放放大，故故沒有零零點漂移移等問題題。(2)由于物體體變化所所產生的的多普勒勒頻移信信息是載載于穩(wěn)定定的差頻頻上，且且其頻率率較高（（幾兆至至100兆赫））,因此此，光電電探測時時避過了了激光器器的低頻頻噪聲和和半導體體器件的的高頻噪噪聲區(qū)區(qū);又利利用頻率率跟蹤等等外差解解調技術術大量濾濾除了寬寬帶噪聲聲，因此此提高了了光電信信號的信信噪比。。(3)利利用多多普勒效效應，計計數器計計頻率差差的變化化，不受受激光強強度和磁磁場變化化的影響響。在光光強度衰衰減90％時仍仍可得到到滿意的的信號，，這對于于遠距離離測量是是十分重重要的，，同時在在近距離離測量時時又能簡簡化調整整工作。。(4)測測量精精度不受受空氣湍湍流的影影響，無無需預熱