迈克尔逊干涉仪

2020-12-21 11:01:05 浏览:1490

定义

迈克尔逊干涉仪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。是一种主要用于长度和折射率测量的精密光学仪器。

工作原理

迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光经过分光镜分为两束后各自被对应的平面镜反射回来,因为这两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定(即满足干涉条件),所以能够发生干涉。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。干涉条纹是等光程差的轨迹,因此,要分析某种干涉产生的图样,必需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。

迈克尔逊干涉仪示意图如下,S为点光源,M1(上边)、M2(右边)为平面全反射镜,其中M1是定镜;M2为动镜,它和精密螺丝丝相连,转动鼓轮可以使其向前后方向移动,最小读数为10mm,可估计到10mm。M1和M2后各有3个小螺丝可调节其方位。G1(左)为分光镜,其右表面镀有半透半反膜,使入射光分成强度相等的两束(反射光和透射光)。反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1和M2,它们经反射后回到G1(左)的半透半反射膜处,再分别经过透射和反射后,来到观察区域E。G2(右)为补偿板,它与G1为相同材料,有相同的厚度,且平行安装,目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等,两束光在到达观察区域E时没有因玻璃介质而引入额外的光程差。当M2和M1'严格平行时,表现为等倾干涉的圆环形条纹,移动M2时,会不断从干涉的圆环中心“吐出”或向中心“吞进”圆环。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,移动M2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:d=Nλ/2,λ为入射光波长。

经M2反射的光三次穿过G2分光板,而经M1反射的光通过G2分光板只一次。G1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

传统的迈克尔逊干涉仪可用于微小位移的测量,通过转化进而可以测量温度、微小角度、折射率、气体浓度等其他物理量。在这里我们介绍迈克尔逊干涉仪作为其它仪器的核心部分的一些应用。

1、傅里叶红外吸收光谱仪

利用迈克尔逊干涉原理进行光谱测量,通过傅里叶变换获得样品的红外吸收光谱或拉曼光谱,是光谱技术的一场革命。与棱镜光谱仪相比,测量时间极大地缩短,光谱的信噪比有很大提高。在傅里叶变换光谱仪中,光源发出的光先是经迈克尔逊干涉仪变成干涉光,再让干涉光照射样品,检测器获得干涉图,再用计算机把干涉图进行傅里叶变换就能得到红外吸收光谱。实际上傅里叶变换红外光谱仪的核心就是--个由迈克尔逊干涉仪所构成的红外光谱分光系统。

2、干涉成像光谱技术

干涉成像光谱技术是当代可见光红外遥感器的前沿科学,在军事侦察中可发现可见光所不能发现的军事目标,并能根据武器系统的特征发射或反射光谱来判断武器种类和型号。在民用方面,它可用于天文物理、人气物理、地球科学研究,进行地球资源(国土、矿物、海洋、森林植被)普查与考察等。超光谱付里叶变换成像光谱技术是通过迈克尔逊干涉仪用N×M元探测器焦平面列阵凝视所关心的景物,干涉仪中反射镜的运动把光谱信息转变为时间干涉图,同时探测器焦平面列阵以其帧速率得到采样,因此每个像元都记录了一张独特的采样干涉图,这些干涉图经过付里叶变换最终变为空间-光谱数据立方体。这些数据能够提供被测地物在波长上几乎连续采样的超多光谱通道的窄带光谱信号,即对地物等被测物进行单波长成像,有可能做到根据众多地面物质的吸收(或反射)和发射光谱特征直接确认地面物体并分析诊断出地面像元的物质成分。

3、光学相干层析成像系统

为了实现对微小活体组织的无辐射,无损伤及实时的探测和成像,人们发展了光学相干层析成像系统(OCT)。 OCT的工作原理:入射光分别进入光纤迈克尔逊干涉仪中放有反射镜的参考臂和放有被测样品的样品臂。从反射镜返回的参考光和被样品背景反射回来的信号光,只有在它们的光程差处于光源的--个相干长度范围内,它们才会产生干涉信号,并在探测光束焦点处返回的光束才有最强的干涉信号,产生的干涉信号被探测器接收,再通过解调,然后进行数据处理。水平或纵向深度移动参考臂的反光点,可以获得局部不同点的干涉图样,从而获得有关生物组织的信息。

4、微型集成迈克尔逊干涉仪

德国的Hommewerke公司在硅片上集成了双迈克尔逊干涉仪,所有的光学元件集成在7.5X7.5mm2的硅片上,生产出了集成光学传感器,它体积小、成本低、稳定性高等优点,它可以完成位移、力和折射率的测量。

参考文献

[1] 利用迈克尔逊干涉仪测量透明材料折射率的新方法[J]. 谌正艮,廖艳林,赵青生.大学物理实验. 2010(05)
[2] Advances in engineering nanometrology at the National Physical Laboratory[J] . Richard K Leach,James Claverley,Claudiu Giusca,Christopher W Jones,Lakshmi Nimishakavi,Wenjuan Sun,Matthew Tedaldi,Andrew Yacoot.  Measurement Science and Technology . 2012 (7)
[3] State-led Technological Development: A Case of China’s Nanotechnology Development[J] . Can Huang.  World Development . 2011 (5)
[4] The European nanometrology landscape[J] . Richard K Leach,Robert Boyd,Theresa Burke,Hans-Ulrich Danzebrink,Kai Dirscherl,Thorsten Dziomba,Mark Gee,Ludger Koenders,Valérie Morazzani,Allan Pidduck,Debdulal Roy,Wolfgang E S Unger,Andrew Yacoot.  Nanotechnology . 2011 (6)
[5] Trends for nanotechnology development in China, Russia, and India[J] . Xuan Liu,Pengzhu Zhang,Xin Li,Hsinchun Chen,Yan Dang,Catherine Larson,Mihail C. Roco,Xianwen Wang.  Journal of Nanoparticle Research . 2009 (8)

成像相关器件

作          者: 泮桥成像光电商城

出          处: https://www.ipanqiao.com/entry/46

版          权:本文版权归泮桥成像光电商城所有

免责声明:本文中使用的部分文字内容与图片来自于网络,如有侵权,请联系作者进行删除。

转          载:欢迎转载,但必须保留上述声明;必须在文章中给出原文链接;否则必究法律责任。

Copyright © 2019-2022 南京超维景生物科技有限公司 版权所有 www.ipanqiao.com苏ICP备20009590号-1
联系我们
立即做合同
微信客服
电话咨询

400-998-9826

17302548620

快速留言

泮桥成像光电商城专业人员会在24小时之内联系您

关闭 提交