干涉儀（FP、Michelson、MZ、Sagnac）

什么是法布里-珀羅干涉儀？

法布里-珀羅干涉儀（Fabry–Pérot interferometer），常又作法布里－佩羅干涉儀或FP干涉儀。由法國物理學家Charles Fabry和Alfred Perot共同發明。

法布里-珀羅干涉儀是一種由兩個反射系數非常高的反射鏡組成的光學裝置，允許入射光的很小一部分透射。其結構類似于兩個平行板，光在這個間隙內經歷多次反射，每次反射都會有一小部分“逃逸”透射出來。由于這些透射光都具有相同的幅度，然后這些透射出來的光將會相互進行干涉。顯而易見，這樣的裝置屬于多波干涉儀類型，區別于其他類型干涉儀重要標志。

（法布里-珀羅干涉儀的基本結構）

法布里-珀羅干涉儀的特點

法布里-珀羅干涉儀其中一個最典型的應用就是法布里-珀羅標準具了，常直接簡稱為光學標準具。這里的“標準具”來源于法語étalon， 有“測量規范”或“標準”的意思。

（法布里-珀羅干涉儀的干涉條件）

很明顯，只有當入射光的波長、兩平板間的距離以及平板間的折射率成一定比值時，才會出現干涉現象。當某一條件變化時，就會得到非常有規律的干涉峰，精準地像一把尺子一樣。在那個缺乏微觀測量手段的年代，這樣的測量方法也漸漸成了“行業標準”，這樣的設備就被成為“標準具”沿用至今。

（法布里-珀羅干涉儀的干涉譜）

今天法布里-珀羅標準具早已不單單是個測量設備了，其原理早已廣泛應用到了高分辨光學濾波器、皮秒激光器帶寬控制以及調諧器、光譜縱模/橫模分析檢測、太赫茲光譜儀校準等非常廣的領域。

（法布里-珀羅干涉標準具——帶寬濾波器）

法布里-珀羅干涉儀的應用

二項色性濾鏡，它是利用物理氣相沉積（PVD）方法將一組標準具薄膜鍍在光學器件表面。相比于吸收濾鏡，這種光學濾鏡具有更精確的反射和透射頻帶，特別是當設計恰當時，它們不會像吸收濾鏡那樣容易造成升溫，因為它們可以反射掉那些不必要的波長的色光。二項色性濾鏡被廣泛應用在光源、相機及天文器材等光學儀器中。

光學波長計通常可由多至五臺法布里－珀羅干涉儀的組合來構成，這些干涉儀的共振頻率兩兩具有10倍的間隔。待測光束被一面圓柱透鏡發散后，它在這些法布里－珀羅干涉儀中發生各自的干涉，所產生的亮紋的間距則被一臺CCD相機所記錄，由此可以確定入射光的波長。

當激光諧振腔采用平行平面腔的結構時，它可認為是一種法布里－珀羅干涉儀，雖然對于很多激光器而言，其中一面反射鏡的反射比可非常接近100%，從而這種諧振腔更像是一種Gires–Tournois干涉儀（Gires–Tournois etalon）。半導體激光器有時會采用法布里－珀羅干涉儀的幾何結構。

法布里－珀羅標準具可用來產生單模激光。在沒有標準具的情況下，激光器產生的激光頻譜會出現展寬，從而使諧振腔內的激光產生多種模式。使用標準具后，在精細度及自由光譜范圍都適當的情形下可以抑制其他模式的產生，使諧振腔內的激光工作在單模情形下。

在光譜學中法布里－珀羅標準具可以使光譜儀的分辨本領得到顯著提升，從而可以分辨出波長差極細微的光譜線，例如塞曼效應。

在天文學中法布里－珀羅標準具可以用來作為一種窄頻濾鏡，從原子躍遷的多條譜線中過濾出所需的譜線并使之成像，最常見的例子是太陽的H-α線以及Ca-K線。

在引力波探測中，采用法布里－珀羅諧振腔可以用來在毫秒量級的時間上儲存光子，使其在諧振腔的反射鏡之間反復振蕩。這種做法增加了引力波探測器的干涉臂的有效長度，從而提高了引力波探測器的靈敏度。這種原理被廣泛應用在引力波探測器如LIGO和VIRGO上，它們的構造都是帶有法布里－珀羅諧振腔的等臂邁克耳孫干涉儀，干涉臂長度在幾千米的量級。同時這些探測器還采用了小型的諧振腔，這些諧振腔通常被稱作模式過濾器，它們可用于參與主激光的頻率穩定工作。

在激光穩頻中，法布里－珀羅諧振腔使用低膨脹系數的玻璃，具有穩定的光學長度，用來作為頻率穩定的參考。

審核編輯：劉清