淺談光的干涉的應(yīng)用前沿

朱子凡

摘 要：19世紀(jì)初，英國的物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)過程中成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，從此打開了物理學(xué)中有關(guān)光學(xué)研究的新大門。本文在一系列科研人員的研究基礎(chǔ)上，對(duì)光的干涉的相關(guān)發(fā)展歷史進(jìn)行了簡(jiǎn)要回憶并對(duì)其在納米精度測(cè)量以及全息照相、瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)等領(lǐng)域的研究進(jìn)行了概述。

關(guān)鍵詞：光的干涉；納米精度測(cè)量；全息照相

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）21-0197-02

1 光的干涉的研究歷史

廣闊的物理學(xué)研究領(lǐng)域中，光學(xué)作為作為從牛頓時(shí)代以來的分支之一，一直是物理學(xué)研究人員們研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。起初惠更斯和牛頓在相關(guān)方面的討論以及爭(zhēng)論持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間，最終由于牛頓在相關(guān)領(lǐng)域中權(quán)威較大，光的粒子性具有了統(tǒng)治地位。但在之后的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光的波動(dòng)性再次被科研工作者們重視起來。直到20世紀(jì)，德布羅意提出了光的波粒性二向性，物理學(xué)家才真正了解到了光的本性。

3 應(yīng)用前沿

在現(xiàn)代工藝中，人們常常利用光的干涉來解決現(xiàn)實(shí)中的多種復(fù)合的或者復(fù)雜問題。利用光的干涉原理可以在工程技術(shù)中處理大量問題，例如：它既可以測(cè)量光波的波長(zhǎng)、透明介質(zhì)的折射率又可以確定電磁波的發(fā)射源頭方位，并可以較為精確地測(cè)量工件的平整度以及薄膜的厚度，從而被廣泛應(yīng)用于鍍膜技術(shù)中。

3.1 納米精度測(cè)量

在實(shí)際工藝當(dāng)中，科研人員們常常利用光的干涉來進(jìn)行精度測(cè)量。例如：檢定螺旋測(cè)微器（即千分尺）、精確測(cè)定光學(xué)部件的曲率半徑、檢測(cè)特殊精密零件以及測(cè)量微小楔角等。而目前，更多的應(yīng)用則是在納米精度測(cè)量中。而通過文獻(xiàn)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)納米測(cè)量以及量值研究方法主要有：X射線干涉儀、計(jì)算型掃描探針顯微鏡、電感電容測(cè)微儀以及外差式激光干涉儀等設(shè)備儀器。同時(shí)，在光學(xué)納米干涉測(cè)量方法中更是廣泛采用了電子倍頻技術(shù)、干涉條紋細(xì)分技術(shù)以及光學(xué)倍程技術(shù)等技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用又在在很大的程度上提高了光學(xué)干涉的測(cè)量分辨率。

在20世紀(jì)六十年代，科研工作者們首次提出了利用射線衍射效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)量的設(shè)想。而在之后的研究進(jìn)程中，人們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際使用過程中中，單晶硅的晶格尺寸是穩(wěn)定的，并對(duì)硅的某一晶體晶面間距進(jìn)行了測(cè)量，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果則充分說明單晶硅晶面間距做為長(zhǎng)度測(cè)量基準(zhǔn)具有良好的穩(wěn)定性。由此，利用光干涉現(xiàn)象的X 射線干涉技術(shù)被逐步完善并廣泛運(yùn)用于人們的科研工作當(dāng)中。

現(xiàn)今，X射線干涉測(cè)量被廣泛應(yīng)用于：精確測(cè)量物理常量以及在醫(yī)學(xué)方面的利用X 射線干涉進(jìn)行病理切片的CT技術(shù)運(yùn)用。

3.2 全息照相

光作為一種波，它具有自己獨(dú)特的強(qiáng)度以及相關(guān)位相。全息照相作為一種利用光干涉原理的新型應(yīng)用技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景。全息照相即一種不僅記錄反射光的強(qiáng)度，還記錄了反射光的位相的照相術(shù)。該照相技術(shù)的獨(dú)特之處在于完整記錄了光波的位相以及振幅的所有信息，而被稱為全息照相。

該照相技術(shù)以光的干涉作為原理作為基礎(chǔ)理論，將良好的干涉光——激光作為自身工作的光源。在全息照相工作時(shí)，從源頭發(fā)射的激光束會(huì)分為兩個(gè)部分：一部分射向反射鏡方向，另一部分射至被攝物體，其中，分射向反射鏡方向的光束也被成為參考光束。從被攝物體上反射出來的光即物光束具有不同的相位以及振幅和。物光束以及從反射鏡反射過來的參考光束都射到感光片上。這時(shí)，兩束光發(fā)生光干涉現(xiàn)象，觀察人員們可以在感光片上觀察到明暗的干涉條紋，由此感光片就成了全息照相。而觀察人員們?cè)诟泄馄嫌^察到明暗的干涉條紋記錄了光發(fā)生干涉后的光強(qiáng)度，干涉條紋的形狀則代表了了兩束光的位相關(guān)系。但是，單是通過全息照片的干涉條紋是無法直接觀察到物體的成像。因此，為了觀察到物體的像，必須用參考光束即激光束去照射全息照片，當(dāng)參考光束通過全息照片時(shí)，便可以觀察到物光束的全部信息，也就能觀察到物體的成像。

全息照相相比于普通的照相技術(shù)，它的成像會(huì)比普通照相技術(shù)更加立體；擁有更大的儲(chǔ)存容量；另外，由全息照相技術(shù)產(chǎn)生的全息照片是被分為若干個(gè)小塊的照片，每一塊都能夠完整地展現(xiàn)出物體的像，即使照片出現(xiàn)缺損現(xiàn)象也不會(huì)使相片失真。而現(xiàn)今，全息照相技術(shù)也因其的高保真，大儲(chǔ)存，立體等特性而被廣泛應(yīng)用于顯微術(shù)、無損檢測(cè)以及精密測(cè)量等方面。

3.3 檢測(cè)瓦斯?jié)舛?/p>

在生產(chǎn)生活中，科研工作者們也經(jīng)常會(huì)運(yùn)用邁克耳遜干涉原理來檢測(cè)在一定溫度或者壓強(qiáng)之下氣體的折射率。在煤礦的工作環(huán)境之下，若發(fā)生瓦斯爆炸則會(huì)對(duì)人民生命及財(cái)產(chǎn)造成較大危害。而根據(jù)文獻(xiàn)中的介紹，不難發(fā)現(xiàn)氣體瓦斯的折射率大于清新空氣的折射率。根據(jù)這個(gè)原理，科研工作者們?cè)O(shè)計(jì)一種利用光的干涉監(jiān)測(cè)礦井瓦斯的儀器。由此，可以用邁克耳遜干涉技術(shù)原理來對(duì)空氣中瓦斯的濃度進(jìn)行檢測(cè)，從而保證施工人員的安全。

4 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)今社會(huì)，科研人員越來越多地關(guān)注于更加精細(xì)甚至精致的科研工作與數(shù)據(jù)測(cè)量。我國國內(nèi)的有關(guān)光的干涉的研究以及相關(guān)應(yīng)用相比于國外發(fā)達(dá)國家起步較晚，發(fā)展較為緩慢，目前還有許多理論以及技術(shù)問題有待科研工作者的繼續(xù)探索。但可以確定的是，光的干涉的研究以及應(yīng)用正在快速融入人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中，并不斷地提高人的生活質(zhì)量。在未來，我們也需要加快培養(yǎng)高素質(zhì)人才，采用高端技術(shù)，加大投資力度為光干涉的進(jìn)一步發(fā)展做出不懈的努力。

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