迈克耳孙（A.A.Michelson ）1852—1931 迈克耳孙在工作 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。 迈克耳孙在工作

我总认为迈克耳孙是科学中的艺术家，他的最大 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。 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。 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

1-9 Michelson 干涉仪 振幅分割型双光束干涉仪； 许多现代干涉计量仪器的基础。 1 构造和光路 迈克干涉仪 迈克尔孙干涉仪

麦克耳孙干涉仪 B: beam-splitter(分束镜); C: compensator(补偿器); M1, M2: mirrors (反射镜) 麦克耳孙干涉仪

反射镜 S M1 M2 G1 G2 E 虚薄膜 M2 a1 光源 反射镜 a2 半透半反膜 补偿板 a1′ a2′ 观测装置

二 、工作原理 补偿板作用：补偿两臂的附 加光程差。 S 光束 a2′和 a1′发生干涉 虚薄膜 a1 光源 反射镜 a2 半透半反膜 M1 M2 G1 G2 E M2 a1 a1′ a2 a2′ 半透半反膜 补偿板 反射镜 光源 观测装置 虚薄膜 二 、工作原理 补偿板作用：补偿两臂的附 加光程差。 光束 a2′和 a1′发生干涉 ▲ M2、M1平行 等倾条纹 十字叉丝 等厚条纹 ▲ M2、M1有小夹角 等厚条纹

迈克耳孙等倾干涉

迈克耳孙等厚干涉

三、光程差计算 ∵ M2′M1为虚薄膜，n1=n2=1 ∴ 光束 a2′和 a1′无半波损失且入射角i1等于反射角i2 四、极值条件 相长 相消 若M1平移h时光程差改变 2h 干涉条纹移过N条

干涉条纹和虚空气膜的对应关系 等倾和等厚干涉

迈克耳孙干涉仪

n l 三、应用： 以波长为尺度，可精确到 光路a2中插入待测介质，产生 附加光程差 M1 a2 注意 光通过介质两次 ▲ 测量微小位移 以波长为尺度，可精确到 ▲ 测折射率： 光路a2中插入待测介质，产生 附加光程差 M1 a2 l n 注意 光通过介质两次 若相应移过 N 个条纹 则应有 由此可测折射率n 。

用迈克耳孙干涉仪测气流 问题 能否根据上述干涉花样描述气流的分布状况？

▲ 光学相干CT — 断层扫描成像新技术 （Optical Coherence Tomography，简称 OCT） （CT-Computed Tomography） 计算机断层成像 第一代： X射线 CT  射线 CT－工业CT 第二代： NMR CT－核磁共振成像 第三代：光学相干CT－OCT 利用迈克耳孙干涉仪原理测量,空间分辨率可达微米的量级.

1、原理 t （1）样品反射光脉冲的延迟时间 样品 样品中不同位置处反射的 光脉冲延迟时间也不同： d 数量级估计： 要实现微米量级的空间分辨率（即d m），就要 求能测量 t  10 -14 秒的时间延迟。 激光器的脉冲宽度要很小—10－15秒（飞秒）

当参考光脉冲和信号 时间延迟短至10-14-10-15s，电子设备难以直接测量， 可利用迈克耳孙干涉仪原理测量。 参考镜 光脉冲序列（眼睛的不同 部位反射得到光脉冲序列） 中的某一个脉冲同时到达 探测器表面时,就会产生光 学干涉现象。这种情形, 只有当参考光与信号光的 这个脉冲经过相等光程时 才会产生。 光源 探测器 参考镜 眼睛 因为10－15 秒的光脉冲大约只有一个波长。

参考臂扫描可得到样品深度 测量不同结构层面返回的光延迟，只须移动参考 镜，使参考光分别与不同的信号光产生干涉。 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。 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。 光源 探测器 参考镜 眼睛

不同材料或结构的样品反射光的强度不同。根据反射光信号的强弱，赋予其相应的色彩，这样便得到样品的假彩色图。 （2）样品反射光脉冲强度的处理 不同材料或结构的样品反射光的强度不同。根据反射光信号的强弱，赋予其相应的色彩，这样便得到样品的假彩色图。 （3）OCT成像的特点： ▲ 对光程较长的多次散射光有极强的抑制作用。 即使透明度很差的样品,仍可得到清晰的图像。 ▲图像的断层分辨率由光的脉宽决定。 ▲ 图像的横向分辨率由光束的直径决定。

2. 实验装置 ——光纤化的迈克耳孙干涉仪 反射镜 光源 电子学系统 计算机 样品 探测器 光纤耦合器 光纤聚焦器

大葱表皮的 OCT 图像 生物 医学 材料科学 ····· 3. 应用 生物 医学 材料科学 ····· 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20m，纵向分辨率约为25m。

睫状体 晶状体上皮 角膜后表面 角膜前表面 兔子眼球前部的OCT图像

例 [1-4]： 计算通过G2内的光程差 转动前 转动后 设条纹移动了N条 （条） 作业 1.10、1.12