第五节
迈克尔逊干涉仪
迈克耳逊在工作
迈克耳逊
（ A.A.Michelson）
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年
诺贝尔物理奖。
M2
M1GG
1 2
单
色
光
源
反
射
镜
1
反射镜 2
半透明
镀银层
迈克耳逊干涉仪
一, 干涉仪结构和干涉条纹
M2
M1
M1
GG1 2单色
光
源
反
射
镜
1
反射镜 2
半透明
镀银层
迈克耳逊干涉仪
M2
M1
M1
GG1 2
半透明
镀银层
单
色
光
源
反
射
镜
1
反射镜 2
补偿玻璃板
迈克耳逊干涉仪
2,若 M1,M'2有小夹角
3,若 M1平移 ? d 时, 干涉条纹移过 N 条, 则有
2
???? Nd
当 M1和 M'2不平行，且光平行入射,此时为等厚条纹
1,若 M?1,M2平行
二, 条纹特点
等倾条纹
M 2
M 1
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M 2M 2
M 1M 1
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M 2M 2M 2 M 1
M 1M 1
与
重 合
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M 2
M 2
M 2M 2 M 1
M 1
M 1
M 1
与
重 合
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M 2 M 1
M 2M 2
M 2M 2 M 1
M 1
M 1
M 1
与
重 合
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M 2 M 1
M 2
M 2
M 2
M 2M 2 M 1
M 1
M 1
M 1
M 1
与
重 合
等
厚
干
涉
条
纹
等
倾
干
涉
条
纹
M 2 M 1
M 2
M 2M 2
M 2
M 2M 2 M 1
M 1
M 1
M 1 M 1
M 1
与
重 合
等
厚
干
涉
条
纹
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M 2 M 1
M 2
M 2M 2M 2
M 2
M 2M 2 M 1
M 1
M 1
M 1
M 1 M 1
M 1
与
重 合
等
厚
干
涉
条
纹
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M 2 M 1
M 2
M 2
M 2M 2M 2
M 2
M 2M 2 M 1
M 1
M 1
M 1
M 1
M 1 M 1
M 1
与
重 合
等
厚
干
涉
条
纹
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M 2 M 1
M 2
M 2M 2
M 2M 2M 2
M 2
M 2M 2 M 1
M 1
M 1
M 1
M 1
M 1
M 1 M 1
M 1
与
重 合
等
厚
干
涉
条
纹
等
倾
干
涉
条
纹
迈克耳逊干涉仪的干涉条纹
M
M1
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
M
M1
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
M
M1
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
M
M1
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
M
M1
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1
M
M
2
当 M M12 与
之间距离变大
时，圆形干涉
条纹向外扩张,
干涉条纹变密。
之
干涉条纹
的移动
1M
2M
1G 2G
P
L
三, 工作原理
光束 1 和 2 发生干涉
S 2
2
1
1
d2??
2M?
?,,kkd 21222 ??? ?
?,,kkd 2102122,）（ ???? ?
d
22
?? ?? d
加强
减弱
光程差
(无半波损 )
(有半波损 )
五, 应用
1,微小位移测量
3,测折射率
2,测波长
2
???? Nd
N
d?? 2?
四, 时间相干性
两光束产生干涉效应的最大光程差称为相干长度,与相干长
度对应的光传播时间称为相干时间
相干长度 L 和谱线宽度 ??之间的关系为 ???
2
?L
利用干涉仪测气体折射率
用迈克耳逊干涉仪测气流
光学相干 CT — 断层扫描成像新技术
（ Optical Coherence Tomography简称 OCT）
CT-Computed Tomography
计算机断层成象
第二代,NMR CT－ 核磁共振成象
第三代,光学相干 CT－ OCT
微米量级的空间分辨率
第一代,X射线 CT
? 射线 CT－工业 CT
六、“古老”原理的现代应用之例
原理 * 样品中不同位置处反射回的光脉冲延迟时间不同
* 不同的材料或结构反射
的强度不同
sm
dn
c
dnt
/103
22
8?
?????
s/ μ/Δ10
s / mΔ10
14
8
d
d
?
?
?
?
t ?
d ?
要实现微米量级的空间分辨率,即
就要求能测量 秒的时间延迟
m d? ~ ?
14 10－ ? ?t
激光器的脉冲宽度要很小～ 10－ 15秒 －飞秒
时间延时短至 10－ 14～ 10－ 15s 电子设备难以直
接测量
光源
探测器
参考镜
眼睛
可利用光学迈克耳逊干涉仪原理
只有当参考光与
信号光的某个脉
冲经过相等光程
时才会产生光学
干涉现象
因为 10－ 15秒 的光脉冲大约只有一个波长
要测量从眼内不同结构回来的光延迟 只须移动参考镜
使参考光分别与不同的信号光产生干涉
参考臂扫描可得到样品深度方
向的一维测量数据
光束在平行于样品表面的方向
进行扫描测量 可得到横向的
数据
将得到的信号经计算机处理便
可得到样品的立体断层图像
分别记录下相应的参考镜的空间位置
这些位置便反映了眼球内不同结构的相对空间位置
光源
探测器
参考镜
眼睛
实验装置－ 光纤化的 迈克耳逊 干涉仪
光源
电子学系统 计算机
探
测
器
光纤耦合器 样
品
光纤聚焦器
反
射
镜
大葱表皮的 OCT 图像
实际样品大小为 10mm× 4mm，图中横向分
辨率约为 20μm 纵向分辨率约为 25μm
应用
生物 医学 材料科学 ·····
我国第一台 OCT的第一张图 清华原子分子国家重点实验室
兔子眼球前部的 OCT图像
晶状体上皮
睫状体
角膜后表面
角膜前表面