工程光学典型双光束干涉系统及其应用

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He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SM1M2G1G2EM2a1a1′a2a2′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SM1M2G1G2EM2a1a1′a2a2′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耳孙等等厚干干涉三、光光程差差计算算∵M2′M1为虚薄薄膜，，n1=n2=1∴光光束a2′和a1′无半波波损失失且入入射角角i1等于反反射角角i2四、极极值条条件相长相消若M1平移h时光程差改变2h干涉条纹移过N条干涉条条纹和和虚空空气膜膜的对对应关关系等倾和和等厚厚干涉涉迈克耳耳孙干干涉仪仪三、应应用：：▲测折射射率：：▲测量微微小位位移ln光路a2中插入入待测测介质质，产产生附加光光程差差由此可测折折射率率n。以波长为尺度，可精确到M1a2若相应应移过过N个条纹纹则应有有注意光通过过介质质两次次用迈克克耳孙孙干涉涉仪测测气流流问题能否根根据上上述干干涉花花样描描述气气流的的分布布状况况？▲光学相相干CT——断断层层扫描描成像像新技技术（CT-ComputedTomography）第二代代：NMRCT－核磁共共振成成像第一代代：X射线CT射线CT－工业CT计算机断层层成像利用迈克耳耳孙干涉仪仪原理测量量,空间分分辨率可达达微米的量量级.第三代：光学相干CT－OCT（OpticalCoherenceTomography，简称OCT）1、原理要实现微米米量级的空空间分辨率率（即dm），就要求能测量t10-14秒的时间延延迟。激光器的脉脉冲宽度要要很小—10－15秒（飞秒）样品中不同同位置处反反射的光脉冲延迟迟时间也不不同：数量级估计计：样品（1）样品品反射光脉脉冲的延迟迟时间td时间延迟短短至10-14-10-15s，电子设设备难以直直接测量，，可利用迈克克耳孙干涉涉仪原理测测量。当参考光脉脉冲和信号号光脉冲序列列（眼睛的不不同部位反射得得到光脉冲冲序列）中的某一个个脉冲同时到达探测器表面面时,就会会产生光学干涉现现象。这这种情形形,只有当参参考光与与信号光光的这个脉冲冲经过相等光程程时才会产生生。因为10－15秒的光脉脉冲大约约只有一一个波长长。光源探测器参考镜眼睛测量不同同结构层层面返回回的光延延迟，只只须移动动参考镜，使参参考光分分别与不不同的信信号光产产生干涉涉。参考臂扫扫描可得得到样品品深度方向的一一维测量量数据。。光束在在平行于样样品表面面的方向向进行扫扫描测量，，可得到到横向的的数据。。将得到的的信号经经计算机机处理，，便可得到到样品的的立体断断层图像像。分别记录录下相应应的参考考镜的空空间位置置，这些些位置便反映了了眼球内内不同结结构的相相对空间间位置。。光源探测器参考镜眼睛▲图像的断断层分辨辨率由光光的脉宽宽决定。。▲图像的横横向分辨辨率由光光束的直直径决定定。▲对光程较较长的多多次散射射光有极极强的抑抑制作用用。不同材料料或结构构的样品品反射光光的强度度不同。。根据反反射光信信号的强强弱，赋赋予其相相应的色色彩，这这样便得得到样品品的假彩色图图。（2）样样品反射射光脉冲冲强度的的处理（3）OCT成成像的特特点：即使透明明度很差差的样品品,仍可可得到清清晰的图图像。2.实实验装置置光源电子学系统计算机探测器光纤耦合合器样品光纤聚焦焦器反射镜——光纤纤化的迈迈克耳孙孙干涉仪仪大葱表皮皮的OCT图图像实际样品品大小为为10mm×4mm，图中横向分辨率约约为20m，纵向分辨率约约为25m。3.应应用生物医医学学材材料科科学········兔子眼球球前部的的OCT图像角膜前表面角膜后表面晶状体上皮睫状体外差干涉涉法heterodyneinterferometerSM1M2D频率偏移器PL2L1AB外差干涉的原理其中ABT△t双频激光光干涉仪(1)光光电探探测器接接收信号号为交流流信号，，前置放放大器为为高倍数数的交流流放大器器，不用用直流放放大，故故没有零零点漂移移等问题题。(2)由于物体体变化所所产生的的多普勒勒频移信信息是载载于稳定定的差频频上，且且其频率率较高（（几兆至至100兆赫））,因此此，光电电探测时时避过了了激光器器的低频频噪声和和半导体体器件的的高频噪噪声区区;又利利用频率率跟踪等等外差解解调技术术大量滤滤除了宽宽带噪声声，因此此提高了了光电信信号的信信噪比。。(3)利利用多多普勒效效应，计计数器计计频率差差的变化化，不受受激光强强度和磁磁场变化化的影响响。在光光强度衰衰减90％时仍仍可得到到满意的的信号，，这对于于远距离离测量是是十分重重要的，，同时在在近距离离测量时时又能简简化调整整工作。。(4)测测量精精度不受受空气湍湍流的影影响，无无需预热