光学干涉仪简介
应用
干涉仪的应用极为广泛，主要有如下几方面：
1长度的精密测量
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。
折射率的测定
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。
检验光学元件的质量
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。
其他应用
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。
下面着重介绍几种比较典型的光学干涉仪器
一迈克尔孙干涉仪 迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量，若观察到干涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米
尺等实验中都有着重要的应用。
如左图所示，为迈克尔逊干涉仪的光学原理
图，经M2反射的光三次穿过分光板，而
经M1反射的光通过分光板只一次。补偿
板的设置是为了消除这种不对称。在使用
单色光源时，可以利用空气光程来补偿，
不一定要补偿板；但在复色光源时，由于
玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可
或缺的。
如果要观察白光的干涉条纹，臂基
本上完全对称，也就是两相干光的光程差
要非常小，这时候可以看到彩色条纹；假
若M1或M2有略微的倾斜，就可以得到等
厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称的彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。
应用
迈克耳孙干涉仪的最著名应用即是它在迈克耳孙-莫雷实验中对以太风观测中所得到的零结果，这朵十九世纪末经典物理学天空中的乌云为狭义相对论的基本假设提供了实验依据。除此之外，由于激光干涉仪能够非常精确地测量干涉中的光程差，在当今的引力波探测中迈克耳孙干涉仪以及其他种类的干涉仪都得到了相当广泛的应用。激光干涉引力波天文台（LIGO）等诸多地面激光干涉引力波探测器的基本原理就是通过迈克耳孙干涉仪来测量由引力波引起的激光的光程变化，而在计划中的激光干涉空间天线（LISA）中，应用迈克耳孙干涉仪原理的基本构想也已经被提出。迈克耳孙干涉仪还被应用于寻找太阳系外行星的探测中，虽然在这种探测中马赫-曾特干涉仪的应用更加广泛。迈克耳孙干涉仪还在延迟干涉仪，即光学差分相移键控解调器（Optical DPSK）的制造中有所应用，这种解调器可以在波分复用网络中将相位调制转换成振幅调制。
二瑞利干涉仪
利用双光束干涉原理的高精度测量仪器，结构简单，使用方便，其光学原理如图。
l样品池及p1、p2 补偿器的高度仅占整个空间的上半部分，补偿器p1沿垂直轴有一个固定夹角，补偿器p2可借助转鼓测微器F转动来改变夹角，L2是会聚透镜，L3为柱面镜，在观察管中看到上下两列干涉条纹，一列由光缝的下半部分两束光干涉形成，因为下半部分的光程差不变，故此干涉条纹是固定的；从光缝上半部分通过的两束光，分别经样品池后产生上半部干涉条纹。当样品池内不发生光程差(光程差起源于两室中的化学成分、温度、压力 等)，另p1 、p2 也不附加光程差时，才和下半部干涉条纹对齐，否则相对下半部干涉条纹便有移动，这样在干涉仪中下半部干涉条纹就是上半部干涉条纹的固定标记。当两样品池中装有不同介质时，其折射率分别为n1,n2由于折射率的不同，引起的光程差为： △=(n2一n1)l=Kλ,式中λ为光源波长，K是对应光程差的干涉级，l为样品池的长度。
三法布里珀罗干涉仪
法布里－珀罗干涉仪 主条目：法布里－珀罗干涉仪
法布里－珀罗干涉仪的完整设置
法布里－珀罗干涉仪是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，本质和上节所述的平行平面板的干涉原理相同[18]得到细度足够高的干涉条纹。由于平行
平面板只对特定波长的光有透
射极大值，法布里－珀罗干
涉仪能够对频率满足其共
振条件的光进行透射或反
射，并且能达到非常高的透
射率和反射率，它因此也被称作法布里－珀罗
谐振腔或法布里－珀罗标准具。法布里－珀罗干涉仪被广泛应用于远程通信、激光、光谱学等领域，它主要用于精确测量和控制光的频率和波长。例如，在光学波长计中就使用了数台法布里－珀罗干涉仪的组合，它们的共振频率彼此都相差10倍，待测入射光在这些干涉仪中发生干涉后，通过测量各自产生亮纹的间距即可得知待测光的波长。此外，在激光领域法布里－珀罗干涉仪还被用来抑制谱线的展宽，从而获得单模激光，而在引力波探测中法布里－珀罗干涉仪和迈克耳孙干涉仪组合使用，通过使光子在谐振腔内反复振
荡增加了迈克耳孙干涉仪的干涉臂的有效长度。
如要观察到法布里－珀罗干涉仪的等倾干涉条纹，要在
透射光的传播方向上垂直放置一透镜，当透镜光轴垂直
于屏时，等倾干涉的条纹是一组同心圆，圆心对应着正入射透射光的焦点。此时由于是正入射，
干涉条件中有最大值： ，在
法布里－珀罗标准具的干涉条纹，光源为镉灯，使用CCD成像 一般情况下不是整数，如将其整数部分设为，小数部分设为，即
则从中心亮纹数起，外圈第个亮纹的角半径为
， 从而圆条纹的直径满足
其中是透镜焦距。
法布里－珀罗干涉仪的三个重要特征参量是细度（自由光谱范围和透射峰的半高宽之比）、峰值透射率（透射光强和入射光强之比的最大值）、衬比因子（透射光强与入射光强之比的最大值和最小值之比），但由于反射比越高时细度才会越高，因此透射率和细度/衬比因子不能同时都很高。
参考文献：
《百度百科》《维基百科》
李湘宁.贾宏志.工程光学(第二版)
曹俊卿.2003.工程光学基础
郁道银.谈恒英.1999工程光学等
光学干涉仪
学号
姓名
任课老师
第二篇：光学—迈克尔逊干涉仪
摘要：迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量。在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。
关键字：迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器及电源，扩束镜（凸透镜），挡光片一片，升降台，玻璃板，白光光源。
一、迈克尔逊干涉仪工作原理
干涉条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光的光程差位置分布的函数。若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差变化的原因，可能是光线长度L发生变化，或是光路中某段介质的折射率n发生了变化，或是薄膜的厚度e发生了变化。
G2是一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和G1精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1’严格平行时，M2会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”。M2和M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离 d 与条纹移动数 N 的关系满足。
迈克尔逊干涉仪示意
经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反射的光通过分光板只一次。补偿板的设置是为了消除这种不对称。在使用单色光源时，可以利用空气光程来补偿，不一定要补偿板；但在复色光源时，由于玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可或缺的。
如果要观察白光的干涉条纹，臂基本上完全对称，也就是两相干光的光程差要非常小，这时候可以看到彩色条纹；假若M1或M2有略微的倾斜，就可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称的彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。 二、迈克尔逊干涉仪介绍
迈克尔逊干涉仪是光学干涉仪中最常见的一种，其发明者是美国物理学家阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克耳孙。迈克耳孙干涉仪的原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。迈克耳孙和爱德华·威廉姆斯·莫雷使用这种干涉仪于1887年进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验，并证实了以太的不存在。
三、配置
在一台标准的迈克耳孙干涉仪中从光源到光检测器之间存在有两条光路：一束光被光学分束器（例如一面半透半反镜）反射后入射到上方的平面镜后反射回分束器，之后透射过分束器被光检测器接收；另一束光透射过分束器后入射到右侧的平面镜，之后反射回分束器后再次被反射到光检测器上。注意到两束光在干涉过程中穿过分束器的次数是不同的，从右侧平面镜反射的那束光只穿过一次分束器，而从上方平面镜反射的那束光要经过三次，这会导致两者光程差的变化。对于单色光的干涉而言这无所谓，因为这种差异可以通过调节干涉臂长度来补偿；但对于复色光而言由于在介质中不同色光存在色散，这往往需要在右侧平面镜的路径上加一块和分束器同样材料和厚度的补偿板，从而能够消除由这个因素导致的光程差。
在干涉过程中，如果两束光的光程差是半波长的偶数倍（0，1，2……），在光检测器上得到的是相长的干涉信号（即：显示亮纹）；如果光程差是半波长的奇数倍（0.5，1.5，2.5……），在光检测器上得到的是相消的干涉信号（即：显示暗纹）。当两面平面镜严格垂直时为等倾干涉，其干涉光可以在屏幕上接收为圆环形的等倾条纹；而当两面平面镜不严格垂直时是等厚干涉，可以得到以等厚交线为中心对称的直等厚条纹。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转移到相长干涉的位置，而总能量总保持守恒。
四、应用
迈克耳孙干涉仪的最著名应用即是它在迈克耳孙-莫雷实验中对以太风观测中所得到的零结果，这朵十九世纪末经典物理学天空中的乌云为狭义相对论的基本假设提供了实验依据。除此之外，由于激光干涉仪能够非常精确地测量干涉中的光程差，在当今的引力波探测中迈克耳孙干涉仪以及其他种类的干涉仪都得到了相当广泛的应用。激光干涉引力波天文台（LIGO）等诸多地面激光干涉引力波探测器的基本原理就是通过迈克耳孙干涉仪来测量由引力波引起的激光的光程变化，而在计划中的激光干涉空间天线（LISA）中，应用迈克耳孙干涉仪原理的基本构想也已经被提出。迈克耳孙干涉仪还被应用于寻找太阳系外行星的探测中，虽然在这种探测中马赫-曾特干涉仪的应用更加广泛。迈克耳孙干涉仪还在延迟干涉仪，即光学差分相移键控解调器（Optical DPSK）的制造中有所应用，这种解调器可以在波分复用网络中将相位调制转换成振幅调制。
五、非线性迈克耳孙干涉仪
在所谓非线性迈克耳孙干涉仪中，标准的迈克耳孙干涉仪的其中一条干涉臂上的平面镜被替换为一个Gires-Tournois干涉仪或Gires-Tournois标准具，从Gires-Tournois标准具出射的光场和另一条干涉臂上的反射光场发生干涉。由Gires-Tournois标准具导致的相位变化和光波长有关，并且具有阶跃的响应，非线性迈克耳孙干涉仪有很多特殊的应用，例如光纤通信中的光学梳状滤波器。另外，迈克耳孙干涉仪的两条干涉臂上的平面镜都可以被替换为Gires-Tournois标准具，此时的非线性迈克耳孙干涉仪会产生更强的非线性效应，并可以用来制造反对称的光学梳状滤波器。
六、迈克尔逊干涉仪使用注意事项
（1）千万不要用手触摸光学表面，且要防止唾液溅到光学表面上。
（2）在调节螺钉和转动手轮时，一定要轻、慢，决不能强扭硬扳。
（3）反射镜背后的粗调螺钉不可旋得太紧，用来防止镜面的变形。
（4）在调整反射镜背后粗调螺钉时，先要把微调螺钉调在中间位置，以便能在两个方向上作微调。
（5）测量中，转动手轮只能缓慢地沿一个方向前进（或后退），否则会引起较大的空回误差。