如果你想从一束光中获得想要的准确信息，无论是探测远处的行星还是校正人眼的相差，你都需要测量它们。

Albert Michaelson在19世纪80年代使用分束器和两个镜子第一次演示了的干涉仪。目前使用的干涉仪的核心原理仍然没有改变。这种方法对连续激光束的表征起到了相当好的作用，因为它们具有很长的“相干”时间，即使在分开后沿着两条不同长度的路径重新组合仍然能够干涉。然而由于飞秒激光的持续时间只有百万分之一秒，沿非等距干涉仪将迅速失去相干性，传统干涉仪不再有效。飞秒激光脉冲具有两个优点：其令人难以置信的短持续时间与自然界中很多基本过程的发生时间尺度相当，这些过程包括在原子核心周围移动的电子，原子和分子的晶格振动以及生物蛋白质的变性。因此，飞秒脉冲为科研人员提供了研究和操纵这些过程的工具。飞秒激光脉冲也非常强大，“在我的实验室中，飞秒激光脉冲的峰值功率相当于整个北美电网,”Guo说,“这使他的实验室能够使用激光脉冲来蚀刻金属表面，使它们变得超级防水或吸水。”

图1 由光学教授Chunlei Guo和博士生Billy Lam设计的一种比使用传统干涉仪更加可靠和强大的具有革命性进步的新设备（罗彻斯特大学照片/ J. Adam Fenster）

高功率的超快脉冲激光束，也需要非常复杂的装置来表征它们的特性。现在罗彻斯特大学的一个研究小组设计了一种更简单的方法来测量光束。“这种方法具有广泛的适用性，将为科学家提供前所未有的微调光脉冲的能力”，曾以非凡方式使用飞秒脉冲激光束处理金属表面的光学教授Chunlei Guo说，“它将使传统测量光束的仪器变得过时。”

“这是一个革命性的进步”，Guo教授说，“在过去，我们不得不用非常复杂，笨重的干涉仪器来表征光束，但现在我们只需要一个光学立方体即可。它超级紧凑，超级可靠，而且非常坚固。该设备由Guo教授和他的实验室的博士生Billy Lam研发，发表在《Nature Light: Science and Applications》上。这种设备被称为楔形反转剪切干涉仪，它由两个直角棱镜组装的棱镜立方体构成。它有两个带角度的入口，并将光束分成两部分。来自光束左侧部分的反射光和来自光束右侧部分的透射光从立方体的一个面发射。相反，来自光束左侧部分的透射光和来自右侧部分的反射光从立方体的另一面发射。

图2 左边是传统干涉仪的基本设计，右边是光学教授Chunlei Guo实验室创建的更紧凑的干涉仪。这种新型楔形反转剪切干涉仪具有额外的优势，能够测量高功率超快脉冲激光束的波前信息（罗彻斯特大学插图/ Michael Osadciw）

Guo和他的团队创建了一个非常稳定的干涉模式来测量光束的所有关键空间特性：振幅、相位、偏振、波长以及在脉冲光束的情况下脉冲的持续时间。最为重要的这些参数不仅仅是整个光束的平均值，而是光束的每个位置点。

“如果光束不完美，呈出来的图像上就有缺陷，重要的是要知道缺陷是来自光束，而不是因为您正在成像的物体的变化”郭说，“这在成像应用中尤为重要”。“理想情况下，你应该有一个完美的光束进行成像。如果图像不完美，你最好知道怎么样纠正你的测量。超快激光是记录动态过程的关键，拥有一个非常简单而且稳定的设备来表征超快或任何类型的激光束肯定是重要的。”

原文链接： http://www.rochester.edu/newscenter/interferometer-optics-measuring-light-beam-328182/

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