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四種干涉效應的應用

2024-08-03 派大莘

目前,在光學干涉領(lǐng)域,除了法布里-珀羅(Fabry-Perot)干涉效應外,還有多位著名科學家發(fā)現(xiàn)的干涉效應被廣泛應用。下面分別對這四種干涉效應及其應用做一個簡單的簡述!

四種干涉效應的應用

法布里-珀羅(Fabry-Perot)干涉效應

法布里-珀羅干涉儀及其干涉效應在光學濾光片中有重要應用。法布里-珀羅型濾光片,實質(zhì)上是一個法布里-珀羅標準具,它利用多層薄膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)特定波長的光的高透過率,而其他波長的光則被反射或吸收,通過精確控制薄膜的厚度和折射率,法布里-珀羅濾光片能夠?qū)崿F(xiàn)極高的光譜選擇性和透過率,這種濾光片在光學測量、光譜分析等領(lǐng)域有廣泛應用。


應用

光學濾光片:法布里-珀羅干涉效應是制造高精度光學濾光片的基礎。通過精確控制多層薄膜的厚度和折射率,可以制作出只允許特定波長光通過的濾光片,如帶通濾光片和截止濾光片。這些濾光片在光譜分析、光學測量、激光技術(shù)等領(lǐng)域有重要應用。

光譜儀:法布里-珀羅干涉儀可用于構(gòu)建光譜儀,通過測量不同波長光的干涉圖樣,可以獲取待測物體的光譜信息。

傳感器:基于法布里-珀羅干涉效應的傳感器可用于測量壓力、溫度、位移等物理量。例如,在光纖傳感器中,通過監(jiān)測干涉圖樣的變化,可以實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的精確測量。


馬赫-增德爾(Mach-Zehnder)干涉效應

馬赫-增德爾(Mach-Zehnder)干涉效應

馬赫-增德爾干涉的儀器內(nèi)部一般通過一道準直光束被第一塊半鍍銀鏡分裂成兩道光束,稱為“樣品光束”與“參考光束”。這兩道光束分別被兩塊鏡子反射后,又通過同樣的第二塊半鍍銀鏡,然后進入檢測器。除了最后一塊半鍍銀鏡以外,所有全鍍銀鏡與半鍍銀鏡的表面都是面對入射光束。最后一塊半鍍銀鏡的表面是面對透射過第一塊半鍍銀鏡的光束。馬赫-增德爾干涉儀主要用于光學測量、量子信息等領(lǐng)域,通過分光和合束兩個過程實現(xiàn)干涉,如測量光子動量、驗證量子糾纏等,具有高精度和高靈敏度的特點。


應用

光學測量:馬赫-增德爾干涉儀在光學測量中具有高精度和高靈敏度的特點,可用于測量光波的相位差、波長等參數(shù)。

量子信息:在量子信息領(lǐng)域,馬赫-增德爾干涉儀可用于實現(xiàn)量子態(tài)的制備、操控和測量。例如,在量子密鑰分發(fā)和量子計算中,可以利用馬赫-增德爾干涉儀來構(gòu)建量子門和量子糾纏態(tài)。

光纖通信:在光纖通信系統(tǒng)中,馬赫-增德爾干涉儀可用于實現(xiàn)光信號的調(diào)制和解調(diào),提高通信系統(tǒng)的性能。





邁克爾遜(Michelson)干涉效應

3. 邁克爾遜(Michelson)干涉效應

邁克耳遜干涉儀的原理是一束入射光經(jīng)過分光鏡分為兩束后各自被對應的平面鏡反射回來,因為這兩束光頻率相同、振動方向相同且相位差恒定(即滿足干涉條件),所以能夠發(fā)生干涉。干涉中兩束光的不同光程可以通過調(diào)節(jié)干涉臂長度以及改變介質(zhì)的折射率來實現(xiàn),從而能夠形成不同的干涉圖樣。干涉條紋是等光程差的軌跡,因此,要分析某種干涉產(chǎn)生的圖樣,必需求出相干光的光程差位置分布的函數(shù)。若干涉條紋發(fā)生移動,一定是場點對應的光程差發(fā)生了變化,引起光程差變化的原因,可能是光線長度L發(fā)生變化,或是光路中某段介質(zhì)的折射率n發(fā)生了變化,或是薄膜的厚度e發(fā)生了變化。


應用

長度測量:邁克爾遜干涉儀是精密長度測量的重要工具之一。通過測量干涉圖樣的變化,可以實現(xiàn)對微小長度變化的精確測量。

光速測量:邁克爾遜干涉儀也可用于測量光速。通過精確控制光路長度和測量干涉圖樣的相位差,可以計算出光速的精確值。

引力波探測:在引力波探測領(lǐng)域,邁克爾遜干涉儀被用于構(gòu)建引力波探測器。通過監(jiān)測干涉圖樣的微小變化,可以探測到來自宇宙深處的引力波信號。


薩格納克(Sagnac)干涉效應

4. 薩格納克(Sagnac)干涉效應

將同一光源發(fā)出的一束光分解為兩束,讓它們在同一個環(huán)路內(nèi)沿相反方向循行一周后會合,然后在屏幕上產(chǎn)生干涉,當在環(huán)路平面內(nèi)有旋轉(zhuǎn)角速度時,屏幕上的干涉條紋將會發(fā)生移動,這就是薩格納克效應。薩格納克干涉儀主要用于測量光波長、驗證量子力學基本原理等方面,同時也可用于光纖陀螺儀等領(lǐng)域。同樣,它并不直接應用于光學濾光片的薄膜干涉。


應用

光纖陀螺儀:薩格納克干涉效應是光纖陀螺儀的工作原理之一。光纖陀螺儀利用薩格納克效應實現(xiàn)角速度的測量,具有高精度、高穩(wěn)定性和抗干擾能力強等優(yōu)點。在航空航天、航海導航等領(lǐng)域有廣泛應用。

慣性導航系統(tǒng):基于薩格納克干涉效應的光纖陀螺儀是慣性導航系統(tǒng)的重要組成部分。通過測量載體的角速度信息,可以實現(xiàn)對載體運動狀態(tài)的精確估計和導航定位。