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(lèi)。其思想在于利用波的疊加性來(lái)獲取波的相位信息， 從而獲得實(shí)驗(yàn)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(cè)量，海洋學(xué)，地震學(xué)，波譜分析，量子物理實(shí)驗(yàn)，遙感，雷達(dá)等等精密測(cè)量領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

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

現(xiàn)狀

       2021年9月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)與美國(guó)麻省理工學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)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(gè)不同波長(zhǎng)光源，以超過(guò)單望遠(yuǎn)鏡衍射極限40倍的結(jié)果驗(yàn)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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》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(lèi)，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(dòng)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(dòng)數(shù)可進(jìn)行長(zhǎng)度的精確比較或絕對(duì)測(cè)量。邁克耳孫干涉儀和法布里-珀羅干涉儀曾被用來(lái)以鎘紅譜線(xiàn)的波長(zhǎng)表示國(guó)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(dòng)。瑞利干涉儀就是通過(guò)條紋移動(dòng)來(lái)對(duì)折射率進(jìn)行相對(duì)測(cè)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(lái)對(duì)氣流折射率的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)察。

      任何一個(gè)以波長(zhǎng)為單位測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)米尺的方法也就是以標(biāo)準(zhǔn)米尺為單位來(lái)測(cè)量波長(zhǎng)的方法。以國(guó)際米為標(biāo)準(zhǔn)，利用干涉儀可精確測(cè)定光波波長(zhǎng)。法布里-珀羅干涉儀（標(biāo)準(zhǔn)具）曾被用來(lái)確定波長(zhǎng)的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（鎘紅譜線(xiàn)波長(zhǎng)）和幾個(gè)次級(jí)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從而通過(guò)比較法確定其他光譜線(xiàn)的波長(zhǎng)。

      泰曼干涉儀被普遍用來(lái)檢驗(yàn)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(gè)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(píng)估透鏡的波像差。

      干涉儀也可以用于引力波探測(cè)(Saulson,1994)。激光干涉儀引力波探測(cè)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(guó)科學(xué)家Weiss和Forward則分別在1969年即于麻省理工和休斯實(shí)驗(yàn)室建造初步的試驗(yàn)系統(tǒng)（Weiss 1972）。截止今日，激光干涉儀引力波探測(cè)器已經(jīng)發(fā)展了40余年。目前LIGO激光干涉儀實(shí)驗(yàn)宣稱(chēng)首次直接測(cè)量到了引力波 (LIGO collaboration 2016)。LIGO可以認(rèn)為是兩路光線(xiàn)的干涉儀，而另外一類(lèi)引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)， 脈沖星測(cè)時(shí)陣列則可認(rèn)為是多路光線(xiàn)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(dòng)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(chēng)為以太。人們做了一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證以太的存在并探求其屬性。以干涉原理為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)最為精確，其中最有名的是菲佐實(shí)驗(yàn)和邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)。1851年，A.H.L.菲佐用特別設(shè)計(jì)的干涉儀做了關(guān)于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中的光速的實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)明運(yùn)動(dòng)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(cè)地球相對(duì)絕對(duì)靜止的以太的運(yùn)動(dòng)。對(duì)以太的研究為A.愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論提供了佐證。