什么是法布里-珀罗干涉仪？法布里-珀罗干涉仪的特点有哪些？

干涉仪（FP、Michelson、MZ、Sagnac）

什么是法布里-珀罗干涉仪？

法布里-珀罗干涉仪（Fabry–Pérot interferometer），常又作法布里－佩罗干涉仪或FP干涉仪。由法国物理学家Charles Fabry和Alfred Perot共同发明。

法布里-珀罗干涉仪是一种由两个反射系数非常高的反射镜组成的光学装置，允许入射光的很小一部分透射。其结构类似于两个平行板，光在这个间隙内经历多次反射，每次反射都会有一小部分“逃逸”透射出来。由于这些透射光都具有相同的幅度，然后这些透射出来的光将会相互进行干涉。显而易见，这样的装置属于多波干涉仪类型，区别于其他类型干涉仪重要标志。

（法布里-珀罗干涉仪的基本结构）

法布里-珀罗干涉仪的特点

法布里-珀罗干涉仪其中一个最典型的应用就是法布里-珀罗标准具了，常直接简称为光学标准具。这里的“标准具”来源于法语étalon， 有“测量规范”或“标准”的意思。

（法布里-珀罗干涉仪的干涉条件）

很明显，只有当入射光的波长、两平板间的距离以及平板间的折射率成一定比值时，才会出现干涉现象。当某一条件变化时，就会得到非常有规律的干涉峰，精准地像一把尺子一样。在那个缺乏微观测量手段的年代，这样的测量方法也渐渐成了“行业标准”，这样的设备就被成为“标准具”沿用至今。

（法布里-珀罗干涉仪的干涉谱）

今天法布里-珀罗标准具早已不单单是个测量设备了，其原理早已广泛应用到了高分辨光学滤波器、皮秒激光器带宽控制以及调谐器、光谱纵模/横模分析检测、太赫兹光谱仪校准等非常广的领域。

（法布里-珀罗干涉标准具——带宽滤波器）

法布里-珀罗干涉仪的应用

二项色性滤镜，它是利用物理气相沉积（PVD）方法将一组标准具薄膜镀在光学器件表面。相比于吸收滤镜，这种光学滤镜具有更精确的反射和透射频带，特别是当设计恰当时，它们不会像吸收滤镜那样容易造成升温，因为它们可以反射掉那些不必要的波长的色光。二项色性滤镜被广泛应用在光源、相机及天文器材等光学仪器中。

光学波长计通常可由多至五台法布里－珀罗干涉仪的组合来构成，这些干涉仪的共振频率两两具有10倍的间隔。待测光束被一面圆柱透镜发散后，它在这些法布里－珀罗干涉仪中发生各自的干涉，所产生的亮纹的间距则被一台CCD相机所记录，由此可以确定入射光的波长。

当激光谐振腔采用平行平面腔的结构时，它可认为是一种法布里－珀罗干涉仪，虽然对于很多激光器而言，其中一面反射镜的反射比可非常接近100%，从而这种谐振腔更像是一种Gires–Tournois干涉仪（Gires–Tournois etalon）。半导体激光器有时会采用法布里－珀罗干涉仪的几何结构。

法布里－珀罗标准具可用来产生单模激光。在没有标准具的情况下，激光器产生的激光频谱会出现展宽，从而使谐振腔内的激光产生多种模式。使用标准具后，在精细度及自由光谱范围都适当的情形下可以抑制其他模式的产生，使谐振腔内的激光工作在单模情形下。

在光谱学中法布里－珀罗标准具可以使光谱仪的分辨本领得到显著提升，从而可以分辨出波长差极细微的光谱线，例如塞曼效应。

在天文学中法布里－珀罗标准具可以用来作为一种窄频滤镜，从原子跃迁的多条谱线中过滤出所需的谱线并使之成像，最常见的例子是太阳的H-α线以及Ca-K线。

在引力波探测中，采用法布里－珀罗谐振腔可以用来在毫秒量级的时间上储存光子，使其在谐振腔的反射镜之间反复振荡。这种做法增加了引力波探测器的干涉臂的有效长度，从而提高了引力波探测器的灵敏度。这种原理被广泛应用在引力波探测器如LIGO和VIRGO上，它们的构造都是带有法布里－珀罗谐振腔的等臂迈克耳孙干涉仪，干涉臂长度在几千米的量级。同时这些探测器还采用了小型的谐振腔，这些谐振腔通常被称作模式过滤器，它们可用于参与主激光的频率稳定工作。

在激光稳频中，法布里－珀罗谐振腔使用低膨胀系数的玻璃，具有稳定的光学长度，用来作为频率稳定的参考。

审核编辑：刘清