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光学精密计量

发布时间: 2015-12-08 00:00:00   作者:本站编辑   来源: siom官网   浏览次数:

  日常生活中,人们已经习惯利用各种工具去测量不同长度的物体,4.588千米长的南京长江大桥,2.26米身高的姚明,4.25毫米窄边框的iphone6,这些都是人眼所能直接感受到的长度,但那些看不到的长度该如何测量?如何去定义百分之一头发丝的厚度?于此同时,直尺、卷尺等测量工具,又是依据什么制造出来,谁来定义一米究竟是多长? 

  其实,早在一个世纪以前,这些问题就已经被一位名叫阿尔伯特亚伯拉罕迈克尔逊(Albert Abraham Michelson的科学家解决了。1883年,迈克尔逊为了研究当时著名的“以太”问题,利用光的干涉特性,设计并发明了第一台迈克尔逊干涉仪。原理很简单,将一束光分成两束,这两束光经过相同距离传播后又合到一起,这时在某些地就会看到亮条纹,即强度是两束光的强度之和,但也会发现有些地方观察到暗条纹,即出现1+1=0,没有强度,这样就形成了条纹相间的图案,当其中一条光束传播距离发生变化,条纹图案便会发生变化,当这两束光传播距离的差值达到光的一个波长时,图案正好变化一次,这样就可以用光的波长来丈量物体的长度。 

  不同颜色的光的波长是不一样的,其中红光波长约625纳米,大概就是百分之一头发丝的厚度,而绿光波长约是520纳米,蓝光波长约是470纳米。利用这些光的波长去丈量物体的长度或物体运动的距离,正是光学精密机械的开端。后来,迈克尔逊利用自己设计的干涉仪对存放在舍夫勒(Sevres)的国际标准米尺进行测算,确定了巴黎的米尺等于1553163.5个镉红线的波长长度,这是人类首次获得一种永远不变且毁坏不了的长度基准,如此精确的测算使得迈克尔逊闻名于全球。 

  迈克尔逊干涉仪由于结构简单、精度高,因而被广泛应用于各个领域。1920年,迈克尔逊与天文学家F.G.皮斯合作,把一台20英尺的干涉仪放在100英寸反射望远镜后面,制成了第一台恒星干涉仪,用它测量猎户座α(参宿四)的惊人的角直径,计算出其直径约为3.86×108千米,约30000个地球那么大,引起了科学界和媒体的关注。同时它可以制成地震检波器,利用人工地震波,检测油气矿藏;可以制成光学相干层析成像仪,扫描人眼底的形貌,从而用于检测青光眼、白内障等眼科疾病;甚至我们手中的智能手机屏幕,也可以用它来进行平面度的检测。 

  1907年,迈克尔逊因“发明精密光学仪器及应用这些仪器所进行的光谱学和计量学研究”获得诺贝尔物理学奖,他所完成的实验都以设计精巧、精确度高而闻名,就连爱因斯坦因也忍不住称赞他为科学中的艺术家。(《光明日报》2015年10月30日  上海光机所 潘柳华) 

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