工程光学典型双光束干涉系统及其应用

单击此处编辑母版标题样式,典型双光束干涉系统,裴索干涉仪,迈克尔逊干涉仪,外差干涉原理,马赫增德干涉仪,裴索,干涉仪,定义：等厚干涉型的干涉系统统称为裴索干涉仪,等厚条纹,待测工件,平晶,标准验规,待测透镜,暗纹,平面干涉仪,球面干涉仪,H,e,迈克耳孙在工作,迈克耳孙,（A.A.Michelson,）,18521931,美籍德国人,因创造精密光学仪,器，用以进行光谱,学和度量学的研究,并精确测出光速,获1907 诺贝尔物,理奖Michelson,干涉仪,迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心爱因斯坦：,我总认为迈克耳孙是科学中的艺术家，他的最大,乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛，,他从来不认为自己在科学上是个严格的”专家”，事实上,的确不是，但始终是个艺术家重要的物理思想巧妙的实验构思,精湛的实验技术,科学中的艺术,许多著名的实验都堪称科学中的艺术，如：全息,照相实验、吴健雄实验、施,盖实验等等1 构造和光路,振幅分割型双光束干涉仪；,许多现代干涉计量仪器的基础不同方位看到的,Michelson,干涉仪装置,S,M,1,M,2,G,1,G,2,E,M,2,a,1,a,1,a,2,a,2,半透半反膜,补偿板,反射镜,反射镜,光源,观测装置,虚薄膜,B:beam-splitter(分束镜);,C:compensator(补偿器);,M,1,M,2,:mirrors(反射镜),激光器光源,分光板,补偿板,扩束镜,反射镜M,1,反射镜M,2,观察屏,M,2,移动导轨,二、工作原理,光束,a,2,和,a,1,发生干涉,M,2,、,M,1,平行,等倾条纹,M,2,、,M,1,有小夹角,等厚条纹,补偿板作用：补偿两臂的附,加光程差。

十字叉丝,等厚条纹,S,M,1,M,2,G,1,G,2,E,M,2,a,1,a,1,a,2,a,2,半透半反膜,补偿板,反射镜,反射镜,光源,观测装置,虚薄膜,迈克耳孙等倾干涉,迈克,耳,耳孙,等,等厚,干,干涉,三、,光,光程,差,差计,算,算,M,2,M,1,为虚,薄,薄膜,，,，,n,1,=n,2,=1,光,光束,a,2,和,a,1,无半,波,波损,失,失且,入,入射,角,角,i,1,等于,反,反射,角,角,i,2,四、,极,极值,条,条件,相长,相消,若,M,1,平移,h,时光程差改变 2,h,干涉条纹移过,N,条,干涉,条,条纹,和,和虚,空,空气,膜,膜的,对,对应,关,关系,等倾,和,和等,厚,厚干,涉,涉,迈克,耳,耳孙,干,干涉,仪,仪,三、,应,应用,：,：,测折,射,射率,：,：,测量,微,微小,位,位移,l,n,光路,a,2,中插,入,入待,测,测介,质,质，,产,产生,附加,光,光程,差,差,由此可测,折,折射,率,率,n,以波长,为尺度，可精确到,M,1,a,2,若相,应,应移,过,过,N,个条,纹,纹,则应,有,有,注意光通,过,过介,质,质两,次,次,用迈,克,克耳,孙,孙干,涉,涉仪,测,测气,流,流,问题能否,根,根据,上,上述,干,干涉,花,花样,描,描述,气,气流,的,的分,布,布状,况,况？,光学,相,相干CT,断,断,层,层扫,描,描成,像,像新,技,技术,（CT-ComputedTomography）,第二,代,代：,NMRCT,核磁,共,共振,成,成像,第一,代,代：,X,射线,CT,射线,CT工业CT,计算机断,层,层成像,利用迈克,耳,耳孙干涉,仪,仪原理测,量,量,空间,分,分辨率可,达,达微米的,量,量级.,第三代：,光学相干CTOCT,（OpticalCoherence Tomography，简称OCT）,1、原理,要实现微,米,米量级的,空,空间分辨,率,率（即,d m,），,就要,求能测量,t,10,-14,秒的时间,延,延迟。

激光器的,脉,脉冲宽度,要,要很小10,15,秒（飞秒）,样品中不,同,同位置处,反,反射的,光脉冲延,迟,迟时间也,不,不同：,数量级估,计,计：,样品,（1）样,品,品反射光,脉,脉冲的延,迟,迟时间,t,d,时间延迟,短,短至10,-14,-10,-15,s，电子,设,设备难以,直,直接测量,，,，,可利用迈,克,克耳孙干,涉,涉仪原理,测,测量当参考光,脉,脉冲和信,号,号,光脉冲序,列,列（眼睛的,不,不同,部位反射,得,得到光脉,冲,冲序列）,中的某一,个,个脉冲同时到达,探测器表,面,面时,就,会,会产生光,学干涉,现,现象这,这种情,形,形,只有当,参,参考光,与,与信号,光,光的,这个脉,冲,冲经过相等光,程,程时,才会产,生,生因为10,15,秒的光,脉,脉冲大,约,约只有,一,一个波,长,长光源,探测器,参考镜,眼睛,测量不,同,同结构,层,层面返,回,回的光,延,延迟，,只,只须移,动,动参考,镜，使,参,参考光,分,分别与,不,不同的,信,信号光,产,产生干,涉,涉参考臂,扫,扫描可,得,得到样,品,品深度,方向的,一,一维测,量,量数据,光束,在,在,平行于,样,样品表,面,面的方,向,向进行,扫,扫,描测量,，,，可得,到,到横向,的,的数据,。

将得到,的,的信号,经,经计算,机,机处理,，,，,便可得,到,到样品,的,的立体,断,断层图,像,像分别记,录,录下相,应,应的参,考,考镜的,空,空间位,置,置，这,些,些位置,便反映,了,了眼球,内,内不同,结,结构的,相,相对空,间,间位置,光源,探测器,参考镜,眼睛,图像的,断,断层分,辨,辨率由,光,光的脉,宽,宽决定,图像的,横,横向分,辨,辨率由,光,光束的,直,直径决,定,定对光程,较,较长的,多,多次散,射,射光有,极,极强的,抑,抑制作,用,用不同材,料,料或结,构,构的样,品,品反射,光,光的强,度,度不同,根据,反,反射光,信,信号的,强,强弱，,赋,赋予其,相,相应的,色,色彩，,这,这样便,得,得到样,品,品的假彩色,图,图2）,样,样品反,射,射光脉,冲,冲强度,的,的处理,（3）OCT,成,成像的,特,特点：,即使透,明,明度很,差,差的样,品,品,仍,可,可得到,清,清晰的,图,图像2.,实,实验装,置,置,光源,电子学系统,计算机,探测器,光纤耦,合,合器,样品,光纤聚,焦,焦器,反射镜,光,纤,纤化的,迈,迈克耳,孙,孙干涉,仪,仪,大葱表,皮,皮的OCT,图,图像,实际样,品,品大小,为,为10,mm,4,mm,，图中横向分辨率,约,约为20,m,，纵向分辨率,约,约为25,m,。

3.,应,应用,生物,医,医,学,学,材,材料,科,科学,兔子眼,球,球前部,的,的OCT图像,角膜前表面,角膜后表面,晶状体上皮,睫状体,外差干,涉,涉法,heterodyne interferometer,S,M,1,M,2,D,频率偏移器,P,L,2,L,1,A,B,外差干涉的原理,其中,A,B,T,t,双频激,光,光,干涉仪,(1),光,光电,探,探测器,接,接收信,号,号为交,流,流信号,，,，前置,放,放大器,为,为高倍,数,数的交,流,流放大,器,器，不,用,用直流,放,放大，,故,故没有,零,零点漂,移,移等问,题,题2)由于物,体,体变化,所,所产生,的,的多普,勒,勒频移,信,信息是,载,载于稳,定,定的差,频,频上，,且,且其频,率,率较高,（,（几兆,至,至100兆赫,）,）,因,此,此，光,电,电探测,时,时避过,了,了激光,器,器的低,频,频噪声,和,和半导,体,体器件,的,的高频,噪,噪声,区,区;又,利,利用频,率,率跟踪,等,等外差,解,解调技,术,术大量,滤,滤除了,宽,宽带噪,声,声，因,此,此提高,了,了光电,信,信号的,信,信噪比,3),利,利用,多,多普勒,效,效应，,计,计数器,计,计频率,差,差的变,化,化，不,受,受激光,强,强度和,磁,磁场变,化,化的影,响,响。

在,光,光强度,衰,衰减90时,仍,仍可得,到,到满意,的,的信号,，,，这对,于,于远距,离,离测量,是,是十分,重,重要的,，,，同时,在,在近距,离,离测量,时,时又能,简,简化调,整,整工作,4),测,测量,精,精度不,受,受空气,湍,湍流的,影,影响，,无,无需预,热,热时间,双频激,光,光干涉,仪,仪的特,点,点,马赫曾,德,德干涉,仪,仪,Mach-Zehnderinterferometer,主要用,于,于测量,相,相位物,体,体引起,的,的相位,变,变化,全息术,：,：制备,全,全息光,学,学元件,、,、全息,光,光栅,化学试,剂,剂、生,物,物样本,、,、生物,分,分子,空气密,度,度变化,演讲完,毕,毕，谢,谢,谢观看,！,！,。