《電子技術(shù)應(yīng)用》
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關(guān)于光學(xué)干涉儀的歷史故事

2021-08-21
來源:光電資訊
關(guān)鍵詞: 光學(xué)干涉儀

  1704年 ,牛頓的《光學(xué)》一書問世,在本書中牛頓認(rèn)為,光是沿直線高速傳播的粒子流。而此種觀點(diǎn)恰好同同期的物理學(xué)家惠更斯的猜想所不同。

  1690年 ,惠更斯的《論光》一書正式出版,本書中惠更斯認(rèn)為光是一種波,并提出了光波動原理,即惠更斯原理。

  此原理可以闡述為:任何時(shí)刻一個(gè)點(diǎn)波源的球面波面上的一點(diǎn)都可以作為新的波源,而這些次波源產(chǎn)生的新波前的包絡(luò)面就是該時(shí)刻點(diǎn)波源的波前。

  但遺憾的是惠更斯僅僅認(rèn)為光是一種縱波,并且提出的惠更斯原理中沒有涉及到波長、振幅與相位。

  因其無法解釋光的偏振與衍射現(xiàn)象而牛頓又享譽(yù)盛名,惠更斯的光波動說于當(dāng)時(shí)不被大眾所認(rèn)同。

  直至19世紀(jì)初,英國物理學(xué)家托馬斯?楊在1801年首次完成了著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

  楊在實(shí)驗(yàn)中用一束平行光照射開有小孔的光闌,并在其后再放置另一開有兩狹縫的光闌,后來使其成像于雙縫后的光屏上。

  根據(jù)惠更斯原理, 經(jīng)過小孔與雙縫的光都可被看做點(diǎn)光源,并且經(jīng)由雙縫的兩束光為可干涉的相干光。

  后來光屏上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋 。1807年 ,楊發(fā)表了《自然科學(xué)與機(jī)械學(xué)講義》,在其中,楊充分地描述了他在光學(xué)方面的理論以及實(shí)驗(yàn)成果,包括了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

  在光的波動學(xué)說經(jīng)歷了一段受打壓的時(shí)期之后,隨著楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象,菲涅耳對惠更斯原理進(jìn)行了補(bǔ)充并在后面得出惠更斯菲涅耳原理,光的波動學(xué)說開始進(jìn)入發(fā)展的黃金時(shí)期。楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)開始被應(yīng)用于實(shí)際,并隨著發(fā)展出現(xiàn)了多種光學(xué)干涉儀。

  其中,以邁克爾遜干涉儀、法布里-珀羅干涉儀以及馬赫-曾德干涉儀三者比較出名,應(yīng)用也比較廣泛。

  至今,激光干涉儀依舊被廣泛地應(yīng)用于長度測量、光學(xué)元件的檢驗(yàn)、光波長的測量以及介質(zhì)折射率的測定等領(lǐng)域, 并隨著研究的深入正不斷地革新與發(fā)展。

  因此,干涉儀是目前光學(xué)上一種重要的儀器,了解并探索干涉儀的原理具有十分重要的意義。

  邁克爾遜干涉儀于1883年由美國物理學(xué)家邁克爾遜與莫雷合作制成,應(yīng)用于邁克爾遜-莫雷試驗(yàn)中對以太風(fēng)進(jìn)行觀測,并證明了以太的不存在。

  在而后的發(fā)展中,邁克爾遜干涉儀的運(yùn)用愈加廣泛,小到對長度精度的測量,大到對引力波的探索都有所貢獻(xiàn),而日后的各式干涉儀也多是以邁克爾遜干涉儀為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)或是進(jìn)行原理上的借鑒, 包括雙光束形成干涉光以及補(bǔ)償板的應(yīng)用。

  1897年,夏爾?法布里與阿爾弗雷德?珀羅在先前干涉儀的發(fā)展中做出了創(chuàng)新,由邁克爾遜干涉儀的雙光束干涉改為了多光束干涉,設(shè)計(jì)出法布里?珀羅干涉儀。其利用兩塊 涂有高反射涂層具有很小楔角的平板玻璃,讓入射光在兩塊 玻璃中多次反射形成的一系列出射光,進(jìn)行多光束干涉。

  而這種設(shè)計(jì)也使得當(dāng)入射光的頻率滿足其共振條件時(shí),光譜分辨率會十分清晰,使測量更為精準(zhǔn)。

  馬赫-曾德干涉儀與邁克爾遜干涉儀一樣,都是利用了分振幅法產(chǎn)生雙光束進(jìn)行干涉,但與邁克爾遜干涉儀不同的是,馬赫_ 曾德干涉儀克服了邁克爾遜干涉儀回波干擾這一缺點(diǎn),使得馬赫-曾德干涉儀在對太陽系外行星的探測等科研方面比邁克爾遜干涉儀有更為廣泛的應(yīng)用。




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