浅谈光的干涉的应用前沿

朱子凡

摘 要：19世纪初，英国的物理学家在实验过程中成功地观察到了光的干涉現象，从此打开了物理学中有关光学研究的新大门。本文在一系列科研人员的研究基础上，对光的干涉的相关发展历史进行了简要回忆并对其在纳米精度测量以及全息照相、瓦斯浓度的检测等领域的研究进行了概述。

关键词：光的干涉；纳米精度测量；全息照相

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0197-02

1 光的干涉的研究历史

广阔的物理学研究领域中，光学作为作为从牛顿时代以来的分支之一，一直是物理学研究人员们研究的重点领域。起初惠更斯和牛顿在相关方面的讨论以及争论持续了很长时间，最终由于牛顿在相关领域中权威较大，光的粒子性具有了统治地位。但在之后的双缝干涉实验中，光的波动性再次被科研工作者们重视起来。直到20世纪，德布罗意提出了光的波粒性二向性，物理学家才真正了解到了光的本性。

3 应用前沿

在现代工艺中，人们常常利用光的干涉来解决现实中的多种复合的或者复杂问题。利用光的干涉原理可以在工程技术中处理大量问题，例如：它既可以测量光波的波长、透明介质的折射率又可以确定电磁波的发射源头方位，并可以较为精确地测量工件的平整度以及薄膜的厚度，从而被广泛应用于镀膜技术中。

3.1 纳米精度测量

在实际工艺当中，科研人员们常常利用光的干涉来进行精度测量。例如：检定螺旋测微器（即千分尺）、精确测定光学部件的曲率半径、检测特殊精密零件以及测量微小楔角等。而目前，更多的应用则是在纳米精度测量中。而通过文献调查，发现能够实现纳米测量以及量值研究方法主要有：X射线干涉仪、计算型扫描探针显微镜、电感电容测微仪以及外差式激光干涉仪等设备仪器。同时，在光学纳米干涉测量方法中更是广泛采用了电子倍频技术、干涉条纹细分技术以及光学倍程技术等技术。这些技术的应用又在在很大的程度上提高了光学干涉的测量分辨率。

在20世纪六十年代，科研工作者们首次提出了利用射线衍射效应进行位移测量的设想。而在之后的研究进程中，人们发现在实际使用过程中中，单晶硅的晶格尺寸是稳定的，并对硅的某一晶体晶面间距进行了测量，而实验结果则充分说明单晶硅晶面间距做为长度测量基准具有良好的稳定性。由此，利用光干涉现象的X 射线干涉技术被逐步完善并广泛运用于人们的科研工作当中。

现今，X射线干涉测量被广泛应用于：精确测量物理常量以及在医学方面的利用X 射线干涉进行病理切片的CT技术运用。

3.2 全息照相

光作为一种波，它具有自己独特的强度以及相关位相。全息照相作为一种利用光干涉原理的新型应用技术具有较好的应用前景。全息照相即一种不仅记录反射光的强度，还记录了反射光的位相的照相术。该照相技术的独特之处在于完整记录了光波的位相以及振幅的所有信息，而被称为全息照相。

该照相技术以光的干涉作为原理作为基础理论，将良好的干涉光——激光作为自身工作的光源。在全息照相工作时，从源头发射的激光束会分为两个部分：一部分射向反射镜方向，另一部分射至被摄物体，其中，分射向反射镜方向的光束也被成为参考光束。从被摄物体上反射出来的光即物光束具有不同的相位以及振幅和。物光束以及从反射镜反射过来的参考光束都射到感光片上。这时，两束光发生光干涉现象，观察人员们可以在感光片上观察到明暗的干涉条纹，由此感光片就成了全息照相。而观察人员们在感光片上观察到明暗的干涉条纹记录了光发生干涉后的光强度，干涉条纹的形状则代表了了两束光的位相关系。但是，单是通过全息照片的干涉条纹是无法直接观察到物体的成像。因此，为了观察到物体的像，必须用参考光束即激光束去照射全息照片，当参考光束通过全息照片时，便可以观察到物光束的全部信息，也就能观察到物体的成像。

全息照相相比于普通的照相技术，它的成像会比普通照相技术更加立体；拥有更大的储存容量；另外，由全息照相技术产生的全息照片是被分为若干个小块的照片，每一块都能够完整地展现出物体的像，即使照片出现缺损现象也不会使相片失真。而现今，全息照相技术也因其的高保真，大储存，立体等特性而被广泛应用于显微术、无损检测以及精密测量等方面。

3.3 检测瓦斯浓度

在生产生活中，科研工作者们也经常会运用迈克耳逊干涉原理来检测在一定温度或者压强之下气体的折射率。在煤矿的工作环境之下，若发生瓦斯爆炸则会对人民生命及财产造成较大危害。而根据文献中的介绍，不难发现气体瓦斯的折射率大于清新空气的折射率。根据这个原理，科研工作者们设计一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器。由此，可以用迈克耳逊干涉技术原理来对空气中瓦斯的浓度进行检测，从而保证施工人员的安全。

4 结语

在经济技术飞速发展的现今社会，科研人员越来越多地关注于更加精细甚至精致的科研工作与数据测量。我国国内的有关光的干涉的研究以及相关应用相比于国外发达国家起步较晚，发展较为缓慢，目前还有许多理论以及技术问题有待科研工作者的继续探索。但可以确定的是，光的干涉的研究以及应用正在快速融入人们的生产生活当中，并不断地提高人的生活质量。在未来，我们也需要加快培养高素质人才，采用高端技术，加大投资力度为光干涉的进一步发展做出不懈的努力。

参考文献

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