干涉仪的作用是什么_有什么作用

　　什么是干涉仪？

　　干涉仪是许多科学和工程领域的研究工具。它们之所以被称为干涉仪，是因为它们通过合并两个或多个光源来产生一个可以测量和分析的干涉图样，因此被称为干涉仪。干涉仪产生的干涉图样包含有关被研究对象或现象的信息。它们通常被用来进行非常小的测量，而这些测量是任何其他方法都无法实现的。这就是为什么它们在探测引力波方面如此强大——LIGO的干涉仪被设计用来测量1/10000的距离第质子的宽度！

　　今天广泛使用的干涉仪实际上是在19世纪末发明的第阿尔伯特·迈克尔逊的《世纪》。这个迈克尔逊干涉仪在1887年被用于迈克尔逊-莫利实验它试图证明或反驳“发光以太”的存在，当时人们认为这种物质渗透到宇宙中。所有现代干涉仪都是从***个干涉仪发展而来的，因为它演示了如何利用光的特性进行最小的测量。激光的发明使干涉仪能够进行最小的测量，就像LIGO所要求的那样。

　　值得注意的是，LIGO干涉仪的基本结构与迈克尔逊125年前设计的干涉仪差别不大，但有一些附加的功能。

　　干涉仪是什么样子的？

　　由于其广泛的应用，干涉仪有各种形状和尺寸。它们被用来测量一切事物，从微观有机体表面的微小变化，到遥远宇宙中巨大的气体和尘埃的结构，现在，用来探测引力波。尽管它们的设计和使用方法各不相同，但所有干涉仪都有一个共同点：它们叠加光束以产生干涉图样。迈克尔逊激光干涉仪的基本结构如右图所示。它由一个激光器、一个分束器、一系列反射镜和一个记录干涉图样的光电探测器（黑点）组成。

　　什么是干涉图？

　　为了更好地理解干涉仪是如何工作的，有助于了解更多关于“干涉”的知识。任何人把石头扔到平坦的玻璃池塘或池塘里，看到发生的一切，都知道干涉。当这些石头撞击水面时，它们会产生远离源头的同心波。当两个或两个以上的同心波相交时，它们互相干扰。这种干扰会导致较大的波、较小的波或根本没有波。出现在波相交处的可见图案只是一个“干涉”图案。

　　当两个波的峰值相遇时，它们的峰值相加。当一个波的波峰与另一个相同波的波谷相遇时，它们相互抵消

　　。干涉的原理很容易理解。两个或更多的波相互作用。当波和波相互作用时，波的高度是相互作用的。右图显示了两种特定的干涉：总计建设性的干扰和总计破坏性的干扰。总计建设性的干扰发生在峰值和槽两个（或更多）波完美地相遇。当加在一起，你就“构造”了一个更大的波浪，其大小等于高度（和深度）之和在两个波相互作用的每个点上。总计破坏性的当高峰一个或多个波相遇并匹配槽同样的波。将这些加在一起会导致它们相互抵消（即，它们“摧毁”彼此）。

　　在自然界中，一个波的波峰和波谷并不总是如图所示完美地与另一个波的波峰或波谷相遇。方便地说，不管它们合并时的同步程度如何，干涉产生的波的高度总是等于它们在物理上相互作用的每个点上合并波的高度之和。所以当波相遇时有点不同步，部分可能会发生建设性或破坏性干扰。下面的动画演示了这种效果。黑波显示了红波和蓝波的波峰和波谷叠加在一起的结果。将每一个波在每个点上移动时的高度/深度相加，就会得到黑波。请注意，它经历了一个完整的高度范围，从两倍的高/深（总建设性干扰）到平坦（完全破坏性干扰）。在这个例子中，黑波是干涉图样（红波和蓝光的连续干涉产生的图样）。只要红色的波继续变化，注意它是如何变化的。

　　与光平行

　　光波的行为就像水波。当两束激光合并时，它们也会产生一种干涉图样，这取决于它们结合时光波的排列方式。就像水一样，当一束波的波峰与另一束的波谷完美地相遇时，总的来说破坏性的发生干扰。在水中，结果是没有波浪。在光里，结果就是没有光！相反地，当一束光的峰值与另一束的峰值完全重合时，则建设性的发生干扰。同样，在水中，产生的波的高度等于两个波的高度之和；在光中，得到的光等于两个独立光束强度之和。把这个类比进行到底，在水中，当波浪相互穿过时，它们会经历从局部到全部的建设性和破坏性的全方位干扰（大浪、小浪、无波）。在光照下，结果是一个完整的亮度范围，从黑暗到相互作用的光束强度之和。

　　回到LIGO的干涉仪上，决定光束合并时的对准程度的是它们在合并前所经过的距离。如果这些光束的传播距离完全相同，它们的光波将完全对齐，这样它们就可以得到完全相同的结果破坏性的干涉（LIGO是故意设计的，如果没有引力波通过，就会发生这种情况）。但如果由于某种原因，激光的传播距离不一样，它们的光波在合并时就不再同步，这意味着没有光，一点光，或者像原始激光束到达光电探测器那样明亮的光。如果臂随时间改变长度，当光束经历一系列的干扰时，就会出现闪烁，这取决于它们在任何给定时刻的会合方式。