1、邁克爾遜干涉儀 HYPERLINK /view/321080.htm?fromId=167570# 求助編輯百科名片 HYPERLINK /picview/321080/321080/0/a583631e3046d2ca1bd576b9.html 邁克爾遜干涉儀 HYPERLINK /view/80442.htm 邁克爾遜干涉儀,是1883年美國 HYPERLINK /view/67012.htm 物理學家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設計制造出來的精密光學儀器。它是利用分振幅法產生雙光束以實現干涉。通過調整該干涉儀，可以產生 HYPERLINK /view/2532473.htm

2、等厚干涉條紋，也可以產生等傾干涉條紋。主要用于長度和折射率的測量，若觀察到干涉條紋移動一條，便是M2的動臂移動量為/2，等效于M1與M2之間的空氣膜厚度改變/2。在近代物理和近代計量技術中，如在光譜線精細結構的研究和用光波標定標準米尺等實驗中都有著重要的應用。利用該儀器的原理，研制出多種專用干涉儀。分光計目錄 HYPERLINK l 1 邁克爾遜干涉儀工作原理 HYPERLINK l 2 邁克爾遜干涉儀 HYPERLINK l 3 配置 HYPERLINK l 4 應用 HYPERLINK l 5 非線性邁克耳孫干涉儀 HYPERLINK l 6 邁克爾遜干涉儀使用注意事項 HYPERLINK

3、 編輯本段邁克爾遜干涉儀工作原理干涉條紋是等光程差點的軌跡，因此，要分析某種干涉產生的圖樣，必求出相干光的光程差位置分布的函數。若干涉條紋發生移動，一定是場點對應的光程差發生了變化，引起光程差變化的原因，可能是光線長度L發生變化，或是光路中某段介質的折射率n發生了變化，或是薄膜的厚度e發生了變化。G2是一面鍍上半透半反膜，M1、M2為平面反射鏡，M1是固定的，M2和G1精密絲相連，使其可以向前后移動，最小讀數為10-4mm，可估計到10-5mm, M1和M2后各有幾個小螺絲可調節其方位。當M2和M1嚴格平行時，M2會移動,表現為等傾干涉的圓環形條紋不斷從中心“吐出”或向中心“吞進”。兩平面鏡之

4、間的“空氣間隙”距離增大時，中心就會“吐出”一個個條紋；反之則“吞進”。M2和M1不嚴格平行時，則表現為等厚干涉條紋，在M2移動時，條紋不斷移過視場中某一標記位置，M2平移距離 d 與條紋移動數 N 的關系滿足。 HYPERLINK /picview/321080/321080/0/8435e5dde71190efe4825f96ce1b9d16fdfa607a.html 邁克爾遜干涉儀示意經M2反射的光三次穿過分光板，而經M1反射的光通過分光板只一次。補償板的設置是為了消除這種不對稱。在使用單色光源時，可以利用空氣光程來補償，不一定要補償板；但在復色光源時，由于玻璃和空氣的色散不同，補償板則

5、是不可或缺的。如果要觀察白光的干涉條紋，臂基本上完全對稱，也就是兩相干光的光程差要非常小，這時候可以看到彩色條紋；假若M1或M2有略微的傾斜，就可以得到等厚的交線處（d=0）的干涉條紋為中心對稱的彩色直條紋，中央條紋由于半波損失為暗條紋。 HYPERLINK 編輯本段邁克爾遜干涉儀（英文：Michelson interferometer）是光學 HYPERLINK /view/142180.htm 干涉儀中最常見的一種，其發明者是 HYPERLINK /view/2398.htm 美國物理學家阿爾伯特亞伯拉罕邁克耳孫。邁克耳孫干涉儀的原理是一束入射光分為兩束后各自被對應的平面鏡反射回來，這兩束

6、光從而能夠發生干涉。干涉中兩束光的不同 HYPERLINK /view/48663.htm 光程可以通過調節干涉臂長度以及改變介 HYPERLINK /picview/321080/321080/0/9864a23171886d8b5fdf0e28.html 邁克耳孫干涉儀的光路(補償板未畫出)質的 HYPERLINK /view/42992.htm 折射率來實現，從而能夠形成不同的干涉圖樣。邁克耳孫和愛德華威廉姆斯莫雷使用這種干涉儀于1887年進行了著名的邁克耳孫-莫雷實驗，并證實了 HYPERLINK /view/27513.htm 以太的不存在。 HYPERLINK 編輯本段配置如右圖所

7、示，在一臺標準的邁克耳孫干涉儀中從 HYPERLINK /view/56137.htm 光源到 HYPERLINK /view/265495.htm 光檢測器之間存在有兩條光路：一束光被光學分束器（例如一面半透半反鏡）反射后入射到上方的平面鏡后反射回分束器，之后透射過分束器被光檢測器接收；另一束光透射過分束器后入射到右側的平面鏡，之后反射回分束器后再次被反射到光檢測器上。注意到兩束光在干涉過程中穿過分束器的次數是不同的，從右側平面鏡反射的那束光只穿過一次分束器，而從上方平面鏡反射的那束光要經過三次，這會導致兩者光程差的變化。對于單色光的干涉而言這無所謂，因為這種差異可以通過調節干涉臂長度來補償

8、；但對于復色光而言由于在介質中不同色光存在 HYPERLINK /view/47254.htm 色散，這往往需要在右側平面鏡的路徑上加一塊和分束器同樣材料和厚度的補償板，從而能夠消除由這個因素導致的光程差。在干涉過程中，如果兩束光的光程差是半 HYPERLINK /view/45341.htm 波長的偶數倍（0，1，2），在光檢測器上得到的是相長的干涉信號（即：顯示亮紋）；如果光程差是半波長的奇數倍（0.5，1.5，2.5），在光檢測器上得到的是相消的干涉信號（即：顯示暗紋）。當兩面平面鏡嚴格垂直時為 HYPERLINK /view/947512.htm 等傾干涉，其干涉光可以在屏幕上接收為圓

9、環形的等傾條紋；而當兩面平面鏡不嚴格垂直時是 HYPERLINK /view/947509.htm 等厚干涉，可以得到以等厚交線為中心對稱的直等厚條紋。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轉移到相長干涉的位置，而總能量總保持守恒。19世紀末人們通過使用氣體放電管、濾色鏡、狹縫或針孔成功得到了邁克耳孫干涉儀的干涉條紋，而在一個版本的邁克耳孫-莫雷實驗中采用的光源是星光。星光不具有時間 HYPERLINK /view/3814189.htm 相干性，但由于其從同一個點光源發出而具有足夠好的空間相干性，從而可以作為邁克耳孫干涉儀的有效光源。 HYPERLINK 編輯本段應用邁克耳孫干

10、涉儀的最著名應用即是它在邁克耳孫-莫雷實驗中對以太風觀測中所得到的零結果，這朵十九世紀末經典物理學天空中的烏云為 HYPERLINK /view/24944.htm 狹義相對論的基本假設提供了實驗依據。除此之外，由于 HYPERLINK /view/1264056.htm 激光干涉儀能夠非常精確地測量干涉中的光程差，在當今的 HYPERLINK /view/39440.htm 引力波探測中邁克耳孫干涉儀以及其他種類的干涉儀都得到了相當廣泛的應用。 HYPERLINK /view/2129041.htm 激光干涉引力波天文臺（LIGO）等諸多地面激光干涉引力波探測器的基本原理就是通過邁克耳孫干涉

11、儀來測量由引力波引起的激光的光程變化，而在計劃中的 HYPERLINK /view/1718174.htm 激光干涉空間天線（LISA）中，應用邁克耳孫干涉儀原理的基本構想也已經被提出。邁克耳孫干涉儀還被應用于尋找 HYPERLINK /view/558597.htm 太陽系外行星的探測中，雖然在這種探測中馬赫-曾特干涉儀的應用更加廣泛。邁克耳孫干涉儀還在延遲干涉儀，即光學差分相移鍵控解調器（Optical DPSK）的制造中有所應用，這種解調器可以在 HYPERLINK /view/165607.htm 波分復用網絡中將 HYPERLINK /view/4840213.htm 相位調制轉換成

12、振幅調制。 HYPERLINK 編輯本段非線性邁克耳孫干涉儀在所謂非線性邁克耳孫干涉儀中，標準的邁克耳孫干涉儀的其中一條干涉臂上的平面鏡被替換為一個Gires-Tournois干涉儀或Gires-Tournois標準具，從Gires-Tournois標準具出射的光場和另一條干涉臂上的反射光場發生干涉。由于Gires-Tournois標準具導致的相位變化和光波長有關，并且具有階躍的響應，非線性邁克耳孫干涉儀有很多特殊的應用，例如 HYPERLINK /view/21461.htm 光纖通信中的光學梳狀濾波器。另外，邁克耳孫干涉儀的兩條干涉臂上的平面鏡都可以被替換為Gires-Tournois標準具，此時的非線性邁克耳孫干涉儀會產生更強的非線性效應，并可以用來制造反對稱的光學梳狀濾波器。 HYPERLINK 編