根據(jù)光干涉原理制成的儀器——干涉儀

干涉儀

      干涉儀是根據(jù)光的干涉原理制成的一種儀器。分雙光束干涉儀和多光束干涉儀兩大類。其思想在于利用波的疊加性來獲取波的相位信息， 從而獲得實驗所關(guān)心的物理量。干涉儀并不僅僅局限于光干涉儀。干涉儀在天文學(xué)(Thompson et al,2001)，光學(xué)，工程測量，海洋學(xué)，地震學(xué)，波譜分析，量子物理實驗，遙感，雷達(dá)等等精密測量領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

      利用干涉原理測量光程之差從而測定有關(guān)物理量的光學(xué)儀器。兩束相干光間光程差的任何變化會非常靈敏地導(dǎo)致干涉條紋的移動，而某一束相干光的光程變化是由它所通過的幾何路程或介質(zhì)折射率的變化引起，所以通過干涉條紋的移動變化可測量幾何長度或折射率的微小改變量，從而測得與此有關(guān)的其他物理量。測量精度決定于測量光程差的精度，干涉條紋每移動一個條紋間距，光程差就改變一個波長（～10-7米），所以干涉儀是以光波波長為單位測量光程差的，其測量精度之高是任何其他測量方法所無法比擬的。

現(xiàn)狀

       2021年9月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊與美國麻省理工學(xué)院科研團(tuán)隊合作，利用濟(jì)南量子技術(shù)研究院研制的周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)，搭建顏色擦除強(qiáng)度干涉儀，成功分辨出1.43km距離外相距4.2mm的兩個不同波長光源，以超過單望遠(yuǎn)鏡衍射極限40倍的結(jié)果驗證了顏色擦除強(qiáng)度干涉技術(shù)具備高空間分辨成像能力，相關(guān)成果在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》發(fā)表。

應(yīng)用

     干涉儀分雙光束干涉儀和多光束干涉儀兩大類，前者有瑞利干涉儀、邁克耳孫干涉儀及其變型泰曼干涉儀、馬赫-秦特干涉儀等，后者有法布里-珀羅干涉儀等。干涉儀的應(yīng)用極為廣泛。

      在雙光束干涉儀中，若介質(zhì)折射率均勻且保持恒定，則干涉條紋的移動是由兩相干光幾何路程之差發(fā)生變化所造成，根據(jù)條紋的移動數(shù)可進(jìn)行長度的精確比較或絕對測量。邁克耳孫干涉儀和法布里-珀羅干涉儀曾被用來以鎘紅譜線的波長表示國際米。

      兩光束的幾何路程保持不變，介質(zhì)折射率變化也可導(dǎo)致光程差的改變，從而引起條紋移動。瑞利干涉儀就是通過條紋移動來對折射率進(jìn)行相對測量的典型干涉儀。應(yīng)用于風(fēng)洞的馬赫-秦特干涉儀被用來對氣流折射率的變化進(jìn)行實時觀察。

      任何一個以波長為單位測量標(biāo)準(zhǔn)米尺的方法也就是以標(biāo)準(zhǔn)米尺為單位來測量波長的方法。以國際米為標(biāo)準(zhǔn)，利用干涉儀可精確測定光波波長。法布里-珀羅干涉儀（標(biāo)準(zhǔn)具）曾被用來確定波長的初級標(biāo)準(zhǔn)（鎘紅譜線波長）和幾個次級波長標(biāo)準(zhǔn)，從而通過比較法確定其他光譜線的波長。

      泰曼干涉儀被普遍用來檢驗平板、棱鏡和透鏡等光學(xué)元件的質(zhì)量。在泰曼干涉儀的一個光路中放置待檢查的平板或棱鏡，平板或棱鏡的折射率或幾何尺寸的任何不均勻性必將反映到干涉圖樣上。若在光路中放置透鏡，可根據(jù)干涉圖樣了解由透鏡造成的波面畸變，從而評估透鏡的波像差。

      干涉儀也可以用于引力波探測(Saulson,1994)。激光干涉儀引力波探測器的概念是前蘇聯(lián)科學(xué)家Gertsenshtein和Pustovoit在1962年提出的（Gertsenshtein和Pustovoit 1962。1969年美國科學(xué)家Weiss和Forward則分別在1969年即于麻省理工和休斯實驗室建造初步的試驗系統(tǒng)（Weiss 1972）。截止今日，激光干涉儀引力波探測器已經(jīng)發(fā)展了40余年。目前LIGO激光干涉儀實驗宣稱首次直接測量到了引力波 (LIGO collaboration 2016)。LIGO可以認(rèn)為是兩路光線的干涉儀，而另外一類引力波探測實驗， 脈沖星測時陣列則可認(rèn)為是多路光線干涉儀（Hellings和Downs,1983）。

用作高分辨率光譜儀。法布里-珀羅干涉儀等多光束干涉儀具有很尖銳的干涉極大，因而有極高的光譜分辨率，常用作光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)和超精細(xì)結(jié)構(gòu)分析。

      歷史上的作用。19世紀(jì)的波動論者認(rèn)為光波或電磁波必須在彈性介質(zhì)中才得以傳播，這種假想的彈性介質(zhì)稱為以太。人們做了一系列實驗來驗證以太的存在并探求其屬性。以干涉原理為基礎(chǔ)的實驗最為精確，其中最有名的是菲佐實驗和邁克耳孫-莫雷實驗。1851年，A.H.L.菲佐用特別設(shè)計的干涉儀做了關(guān)于運(yùn)動介質(zhì)中的光速的實驗，以驗明運(yùn)動介質(zhì)是否曳引以太。1887年，A.A.邁克耳孫和E.W.莫雷合作利用邁克耳孫干涉儀試圖檢測地球相對絕對靜止的以太的運(yùn)動。對以太的研究為A.愛因斯坦的狹義相對論提供了佐證。