法布里和佩罗的干涉仪

几年前我装修我的房子时，我们的建筑工人注意到天窗上有东西。在三层玻璃的中央是一组绚丽多彩的圆环。“牛顿环”，我一边说，一边用手指压在窗玻璃上，使它们膨胀收缩。“它们漂亮吗?”他显然无动于衷;对他来说，这只是一个缺陷。

就像出现在一池油腻的水中的彩虹色一样，透明材料之间的薄膜和间隙产生了微妙的颜色。遗憾的是，牛顿自己关于彩色条纹起源的想法是相当模糊的。直到19世纪30年代，光波动理论的伟大支持者之一、英国天文学家乔治·比德尔·艾里(George Biddell Airy)才提出了描述光在被狭窄间隙隔开的两个平行板之间通过的路径的严谨理论，并预测会有干涉。艾里的公式将构成一个非常灵敏的干涉仪的基础，这个干涉仪已经使用了一个多世纪。它是由一个男孩时痴迷于天文学的人发明的。

查尔斯·法布里出生于法国马赛的一个科学家庭，追随祖父和三个哥哥的脚步，在巴黎École综合理工学院学习。毕业后，法布里回到家乡攻读博士学位，师从法国光学条纹领域的顶尖专家Jules Macé de Lepinay。在那些日子里，刚毕业的学生被送到技术学院任教几个月，然后才获得更固定的学术职位，法布里在法国的几个城市度过了一段时间，包括波尔多。那里的一位老师雷蒙德·布鲁赫(Raymond Boulouch)在用钠灯演示牛顿环时，做了一个有趣的观察。他在两片光学平板玻璃上镀了部分银，将它们完全平行放置，并将一束光聚焦在一侧。透射光由一系列同心圆条纹组成。通过调节板间的间隙，条纹被分解成一对——可见光谱中黄色区域的两条光谱线的双态分裂，对应于钠。这个实验的灵感来自于与法布里的对话吗?法布里的新论文专注于边缘问题?

回到马赛后，法布里对小距离的精确测量产生了兴趣，并相信干涉测量法可能会提供一个解决方案。他与实验室同事阿尔弗雷德·佩罗(Alfred Perot)合作。虽然佩罗的背景是热力学，但他是一位杰出的实验家，在机器工作和建造方面具有真正的天赋。法布里负责光学设备;佩罗专注于其他方面。他们一起制造了一个类似于Boulouch的设备。

法布里和佩罗的关键见解是，镀银引起了板块之间的多次反射。随着反射次数的增加，线条的清晰度也提高了。关键参数是镜子的分离，它们之间气体(或真空)的折射率和表面镀银的程度。这使得干涉仪可以以多种方式使用。作为分光镜，条纹可以非常精确地测量光谱线的波长。他们的乐器的分辨率甚至远远超过了对手迈克耳孙干涉仪．迈克尔逊的装置需要一整张桌子，而法布里和佩罗的腔可以用手拿着。有了它，他们在几种元素的光谱中解决了一些以前未观察到的超细线。

该设备还可以用于测量长度，精度低于波长。这需要确定条纹的顺序。这是通过监测一对谱线来完成的——随着板之间的分离发生变化，谱线周期性地重叠和分离。分辨率如此之高，以至于两人开始称他们的设备为一台标准量具，或参考标准，这个词一直沿用至今。

它讲述了精美的分辨率标准量具米将被定义为一个特定的氪原子跃迁的波长。天文学家开始把标准量具在物镜和相机之间记录恒星光谱。今天，如果你为家用望远镜买了一个“太阳滤光片”，你得到的是一个法布里-珀罗标准盘，它的间距被选作氢的阿尔法线的窄带通滤光片。在很多方面激光可以认为是一端完全镀银的法布里-珀罗装置。事实上，激光腔通常是用一个内部的固定组件来制造单模的。

法布里还做出了许多其他贡献，最著名的可能是1915年发现了臭氧层。他一直和佩罗一起工作，直到1921年，他成为巴黎索邦大学的教授，后来成为École综合理工学院的院长。今天，4公里长的原始后代标准量具在LIGO的迈克尔逊干涉仪的每个臂上，这个实验可以探测引力波对我们的世界产生的无穷小的扭曲。在家的时候，我的天窗，有着美丽的光学缺陷，把我和时空本身的结构连接起来。