12-5典型双光束干涉系统和其应用.ppt

典型双光束干涉系统 裴索干涉仪 迈克尔逊干涉仪 外差干涉原理 马赫－增德干涉仪 裴索干涉仪 定义：等厚干涉型的干涉系统统称为裴索干涉仪 等厚条纹 待测工件 平晶 标准验规 待测透镜 暗纹 ? 平面干涉仪 球面干涉仪 H e 迈克耳孙在工作 迈克耳孙（A.A.Michelson ）1852—1931 美籍德国人 因创造精密光学仪 器，用以进行光谱 学和度量学的研究, 并精确测出光速, 获1907 诺贝尔物 理奖。 Michelson 干涉仪 迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心。 爱因斯坦： 我总认为迈克耳孙是科学中的艺术家，他的最大 乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛， 他从来不认为自己在科学上是个严格的”专家”，事实上 的确不是，但始终是个艺术家。 重要的物理思想＋巧妙的实验构思 ＋精湛的实验技术? 科学中的艺术 许多著名的实验都堪称科学中的艺术，如：全息 照相实验、吴健雄实验、施—盖实验等等。 1 构造和光路 振幅分割型双光束干涉仪； 许多现代干涉计量仪器的基础。 不同方位看到的Michelson 干涉仪装置 S M1 M2 G1 G2 E M2? a1 a1′ a2 a2′ 半透半反膜 补偿板 反射镜 反射镜 光源 观测装置 虚薄膜 B: beam-splitter(分束镜); C: compensator(补偿器); M1, M2: mirrors (反射镜) 激光器光源 分光板 补偿板 扩束镜 反射镜M1 反射镜M2 观察屏 M2移动导轨 二 、工作原理 光束 a2′和 a1′发生干涉 ▲ M2?、M1平行 ?等倾条纹 ▲ M2?、M1有小夹角 ?等厚条纹 补偿板作用：补偿两臂的附 加光程差。 十字叉丝 等厚条纹 S M1 M2 G1 G2 E M2? a1 a1′ a2 a2′ 半透半反膜 补偿板 反射镜 反射镜 光源 观测装置 虚薄膜 迈克耳孙等倾干涉 迈克耳孙等厚干涉 三、光程差计算 ∵ M2′M1为虚薄膜，n1=n2=1 ∴ 光束 a2′和 a1′无半波损失且入射角i1等于反射角i2 四、极值条件 相长 相消 若M1平移?h时光程差改变 2?h 干涉条纹移过N条 干涉条纹和虚空气膜的对应关系 等倾和等厚干涉 迈克耳孙干涉仪 三、应用： ▲ 测折射率： ▲ 测量微小位移 l n 光路a2中插入待测介质，产生 附加光程差 由此可测折射率n 。 以波长?为尺度，可精确到 M1 a2 若相应移过 N 个条纹 则应有 注意 光通过介质两次 用迈克耳孙干涉仪测气流 问题 能否根据上述干涉花样描述气流的分布状况？ ▲ 光学相干CT — 断层扫描成像新技术 （CT-Computed Tomography） 第二代： NMR CT－核磁共振成像 第一代： X射线 CT ? 射线 CT－工业CT 计算机断层成像 利用迈克耳孙干涉仪原理测量,空间分辨率可达微米的量级. 第三代：光学相干CT－OCT （Optical Coherence Tomography，简称 OCT） 1、原理 要实现微米量级的空间分辨率（即?d ??m），就要 求能测量 ?t ? 10 -14 秒的时间延迟。 激光器的脉冲宽度要很小—10－15秒（飞秒） 样品中不同位置处反射的 光脉冲延迟时间也不同： 数量级估计： 样品 （1）样品反射光脉冲的延迟时间 ?t ?d 时间延迟短至10-14-10-15s，电子设备难以直接测量， 可利用迈克耳孙干涉仪原理测量。 当参考光脉冲和信号 光脉冲序列（眼睛的不同 部位反射得到光脉冲序列） 中的某一个脉冲同时到达 探测器表面时,就会产生光 学干涉现象。这种情形, 只有当参考光与信号光的 这个脉冲经过相等光程时 才会产生。 因为10－15 秒的光脉冲大约只有一个波长。 光源 探测器 参考镜 眼睛 测量不同结构层面返回的光延迟，只须移动参考 镜，使参考光分别与不同的信号光产生干涉。 参考臂扫描可得到样品深度 方向的一维测量数据。光束在 平行于样品表面的方向进行扫 描测量，可得到横向的数据。 将得到的信号经计算机处理， 便可得到样品的立体断层图像。 分别记录下相应的参考镜的空间位置，这些位置 便反映了眼球内不同结构的相对空间位置。 光源 探测器 参考镜 眼睛 ▲图像的断层分辨率由光的脉宽决定。 ▲ 图像的横向分辨率由光束的直径决定。 ▲ 对光程较长的多次散射光有极强的抑制作用。 不同材料或结构的样品反射光的强度不同。根据反射光信号的强弱，赋予其相应的色彩，这样便得到样品的假彩色图。 （2）样品反射光脉冲强度的处理 （