机,能同时精确检测空间三个方向加速度的三分量地震检波器就是一个重要的发展方向。高灵敏度的加速度地震检波器是地震探测过程中检测地震波强度、方向和频率等物理量的传感器,在整个地震探测过程中的作用十分关键。
(3).温度的测量,透明液体、固体折射率或与折射率相关的浓度的测量: 哈尔滨智能光电科技有限公司研制了光纤迈克尔逊干涉测量实验系统,可以测量温度,透明液体、固体折射率或与折射率相关的浓度
三、作为其它仪器的核心部分的迈克尔逊干涉仪 1.傅里叶红外吸收光谱仪[23]
利用迈克尔逊干涉原理进行光谱测量,通过傅里叶变换获得样品的红外吸收光谱或拉曼光谱,是光谱技术的一场革命。与棱镜光谱仪相比,测量时间极大地缩短,光谱的信噪比有很大提高。在傅里叶变换光谱仪中,光源发出的光先是经迈克尔逊干涉仪变成干涉光,再让干涉光照射样品,检测器获得干涉图,再用计算机把干涉图进行傅里叶变换就能得到红外吸收光谱。实际上傅里叶变换红外光谱仪的核心就是一个由迈克尔逊干涉仪所构成的红外光谱分光系统。 2.干涉成象光谱技术[24]
干涉成像光谱技术是当代可见光红外遥感器的前沿科学,在军事侦察中可发现可见光所不能发现的军
事目标,并能根据武器系统的特征发射或反射光谱来判断武器种类和型号。在民用方面,它可用于天文物理、人气物理、地球科学研究,进行地球资源(国土、矿物、海洋、森林植被)普查与考察等。 超光谱付里叶变换成像光谱技术是通过迈克尔逊干涉仪用NxM元探测器焦平面列阵凝视所关心的景物,干涉仪中反射镜的运动把光谱信息转变为时间干涉图,同时探测器焦平面列阵以其帧速率得到采样,因此每个像元都记录了一张独特的采样干涉图,这些干涉图经过付里叶变换最终变为空间-光谱数据立方体。这些数据能够提供被测地物在波长上几乎连续采样的超多光谱通道的窄带光谱信号,即对地物等被测物进行单波长成像,有可能做到根据众多地面物质的吸收(或反射)和发射光谱特征直接确认地面物体并分析诊断出地面像元的物质成分。 3. 光学相干层析成像系统[25-26]:
为了实现对微小活体组织的无辐射,无损伤及实时的探测和成像,人们发展了光学相干层析成像系统(Optical Coherence Tomography=>OCT)。OCT的工作原理:入射光分别进入光纤迈克尔逊干涉仪中放有反射镜的参考臂和放有被测样品的样品臂。从反射镜返回的参考光和被样品背景反射回来的信号光,只有在它们的光程差处于光源的一个相干长度范围内,它们才会产生干涉信号,并在探测光束焦点处返回的光束才有最强的干涉信号,产生的干涉信号被探测器接收,再通过解调,然后进行数据处理。水平或纵向深度移动参考臂的反光点,可以获得局部不同点的干涉图样,从而获得有关生物组织的信息。
OCT可应用于对生物组织成像。已经获得了眼睛透明结构的层析图像,心血管,胃肠道组织深部微米分辨力的成像,活体中胃肠组织的显微形态及隐窝腔,上皮细胞和固有层之间的后向散射振幅之间的差异等清楚可见;用OCT可以获得胚胎发育过程的一系列图像,可以动态观察这一过程。(2)OCT与多普勒技术相结合形成一种新的检测技术,它可用来检测高散射介质中的流体速度,如皮肤表层下的血流速度及用于确定亚表层中微血管直径和血流速度分布等,而且能够给出空间各点的流速分布,对疾病的诊断有重要价值。
4. 微型集成迈克尔逊干涉仪[27]
德国的Hommewerke公司在硅片上集成了双迈克尔逊干涉仪,所有的光学元件集成在7.5X7.5mm2的硅片上,生产出了集成光学传感器,它体积小、成本低、稳定性高等优点,它可以完成位移、力和折射率的测量。
5. 迈克尔逊干涉仪在其它方面的应用:
利用等厚干涉条纹测量微光的调制传递函数MTF[28]:利用迈克尔逊干涉仪产生一系列空间频率的等厚干涉条纹来模拟分辨率板的作用,在计算机的控制下,自动测量出连续的MTF曲线。给出的实验光路和实验结果表明,利用干涉条纹测量微光的MTF是一种可行的简便方法,在计算机的控制下,可
快速完成夜视仪的传递函数测量。利用迈克尔逊干涉仪测量光学球面的曲率半径[29]:利用迈克尔逊干涉仪的白光干涉零级暗条纹测出平面与被测球面相交的圆直径及相应的矢高值后,便可求得球面曲率半径.测量过程中无测量力的影响,也不会损坏被测件表面,而且测量时对被测件安装定位无特殊要求,误差环节少,具有实用意义。超短脉冲激光测量的标定方法[30]:利用迈克尔逊干涉光路的相对光程差,产生已知时间间隔,作为时间基准对皮秒、飞秒激光脉冲的测量进行了标定。 6.迈克尔逊干涉仪中干涉条纹变化的自动测量[26,31]。
人工读出和记录干涉条纹圆环的几百次“冒出”或“缩进”,眼睛很容易疲劳导致人为的实验误差,增大实验的不确定度,分辨能力也不如光电传感器。为此,人们设计了自动记录测量系统。第一种是利用单个光敏器件(光敏电阻、光电池、光电二极管等),根据干涉圆环“冒出”或“缩进”时光电流(或电压)的变化,记录圆环“冒出”或“缩进”的数量。第二种方法是把CCD代替干涉屏,它可以在计算机屏幕上观察干涉条纹,用计算机可以详细的纪录干涉环的变化情况,对环的移动进行计量,计算出相对位移。
参 考 文 献
1.丁慎训,张连芳,物理实验教程(第二版),清华大学出版社,2002. 2.曹正东,何雨华,孙文光,大学物理实验,同济大学出版社,2003.
3.陈群宇,姚列明,霍中生,陈彦,大学物理实验(基础和综合分册),电子工业出版社,2003. 4.魏计林,王青狮,大学物理实验学,中国铁道出版社,2003.
5.张兆奎,连元,张立,大学物理实验(第二版),高等教育出版社,2001. 6.汪建章,潘洪明,大学物理实验,浙江大学出版社,2004. 7.肖苏,任红,大学物理实验,中国科技大学出版社,2004. 8.成正维,大学物理实验,高等教育出版社,2002.
9.魏怀鹏,展永,季世泰,王存道,大学物理实验(第三版),天津大学出版社,2004. 10.徐志东 陈世涛,大学物理实验,西南交通大学出版社,2004.
11. 卢贵武,李春喜,王子镐,夏海瑞,孙大亮,于锡玲,关继腾. KDP晶体台阶生长动力学的激光干涉实验研究. 化学物理学报,Vol.16,No.4,2003年8月,(p289-292) 12. 熊昌友、何学军,一等环规测量装置,计量技术,No.8,2003,p26-28
13. 钱瑞海,孟迎军.半导体激光干涉仪在微振动测量中的应用, 红外与激光工程,Vol.28,No.2,1999,p37-39