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除了经典迈克尔逊白光干涉外,Mach-Zehnder 型干涉(马赫 - 曾德尔干涉)的测量原理

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引言

在光学干涉测量技术的发展历程中,经典迈克尔逊白光干涉占据重要地位,而 Mach-Zehnder 型干涉(马赫 - 曾德尔干涉)凭借其独特的光路设计和测量原理,在诸多科学与工程领域发挥着不可替代的作用。深入探究马赫 - 曾德尔干涉的测量原理,有助于明晰其在物理量检测、光学系统研究等方面的应用价值。

光路结构与光源传播

马赫 - 曾德尔干涉仪由两个分光镜和两个反射镜构成,形成两条相互独立且长度相近的光路。光源发出的光经准直后,射向第一个分光镜。在该分光镜处,光束被分为强度大致相等的两束:一束为透射光,沿第一条光路传播,经反射镜反射后,射向第二个分光镜;另一束为反射光,沿第二条光路传播,同样经反射镜反射后,也抵达第二个分光镜 。两条光路的设置,为后续干涉现象的产生及物理量测量提供了基础。

干涉条纹形成机制

当两束光分别沿各自光路传播并最终在第二个分光镜处相遇时,若满足相干条件便会发生干涉。由于两束光在传播过程中所经历的介质、路径长度等因素可能存在差异,导致它们之间产生光程差。这种光程差的变化直接影响干涉光的相位差,进而改变干涉光的强度分布,形成干涉条纹。若两条光路完全相同,干涉条纹为均匀分布;若其中一条光路的介质特性、长度等发生变化,干涉条纹的形状、间距和位置也会相应改变。

测量与应用原理

在实际测量中,通过观察干涉条纹的变化来获取物理量信息。例如,在研究气体折射率变化时,将装有气体的气室放置在其中一条光路中,随着气体折射率改变,该光路的光程发生变化,导致干涉条纹移动。通过精确记录干涉条纹的移动数量,结合已知的光源波长等参数,可计算出气体折射率的变化量。此外,马赫 - 曾德尔干涉还可用于测量流体流速、应力应变等物理量,在光学传感器、环境监测等领域有着广泛的应用前景。

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