光學(xué)教學(xué)課件：3e多光束干涉法布里帕羅干涉儀_WP_59258

1、III 光的干涉2015年秋季本科課程光學(xué)光的干涉、相干條件及干涉條紋描述楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)平行光的干涉場(chǎng)分波面干涉裝置、光場(chǎng)的空間相關(guān)性等厚干涉、牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)等傾干涉、邁克爾遜干涉儀、光場(chǎng)的時(shí)間相關(guān)性多光束干涉、法布里帕羅干涉儀分振幅雙光束干涉(回顧）分振幅干涉：平板可理解為受兩個(gè)表面限制而成的一層透明物質(zhì)：最常見的情形就是玻璃平板和夾于兩塊玻璃板間的空氣薄層。分振幅干涉兩類：等傾干涉、等厚干涉。當(dāng)兩個(gè)表面是平面且相互平行時(shí)，稱為平行平板；當(dāng)兩個(gè)表面相互成一楔角時(shí)，稱為楔形平板。對(duì)應(yīng)這兩類平板，實(shí)際光束進(jìn)入薄膜，將進(jìn)行多次反射和折射，振幅被多次分割。薄膜反射率較小的情況下，可以只考慮兩反射光束；

2、反射率較高，需要按照多光束干涉進(jìn)行處理。多光束干涉光束在平板內(nèi)會(huì)多次反射和折射，因此，在討論干涉現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)考慮板內(nèi)多次反射和折射的效應(yīng)，即討論多光束干涉。多光束振幅和相位的變化振幅反射率 透射率設(shè)入射光振幅為A反射光振幅折射光振幅振幅反射率 透射率00A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4相位差：各振幅迭加可得合振幅，平方既得光強(qiáng)為簡(jiǎn)化表示，希望找出 之間的關(guān)系為計(jì)算反射光和透射光的總振幅，分析相鄰光束的光程差，在上下表面平行時(shí)每對(duì)相鄰光線間光程差相等：（不考慮半波損）Stokes倒逆關(guān)系由光路可逆性可知相位突變干涉強(qiáng)度公式由于透射光的總振幅與雙、多束光干涉雙光束干涉；多光束干涉亮環(huán)條

3、件的明暗位置正好相反。結(jié)論：IT、 IR 均與R有關(guān)，干涉圖樣互補(bǔ)，但是極大值極小值的位置僅由d決定，與R無關(guān)。多光束干涉的干涉條紋反射光透射光多光束干涉強(qiáng)度分布曲線透射光強(qiáng)IR和反射光強(qiáng)IT由R、d決定，干涉圖樣互補(bǔ)多光束干涉條紋的特點(diǎn)R的影響R1，IT對(duì)于d的變化很敏感，參加到干涉的光束增多，銳度變大。多光束干涉的普遍規(guī)律多光束干涉條紋的特點(diǎn)等傾性及互補(bǔ)性取決于為等傾干涉條紋，當(dāng)透鏡的光軸與平板垂直時(shí)，呈現(xiàn)一組同心圓環(huán)互補(bǔ)性：在忽略平板的吸收和其它損耗的情況下，該式反映了能量守恒的普遍規(guī)律，即反射光強(qiáng)與透射光強(qiáng)之和等于入射光強(qiáng)。若對(duì)于某一個(gè)方向反射光因干涉加強(qiáng)，則透射光自然因干涉而減弱，反

4、之亦然。也就是說，反射光強(qiáng)分布與透射光強(qiáng)分布互補(bǔ)。等傾性:多光束干涉條紋的特點(diǎn)R與襯比度多光束干涉條紋的特點(diǎn)條紋的半寬度所謂條紋半寬度是指亮條紋中強(qiáng)度等于峰值強(qiáng)度一半的兩點(diǎn)間的(相位)距離，記為注意：距離e是以位相差來衡量的顯然即R增大，亮環(huán)寬度變窄多光束干涉條紋的特點(diǎn)條紋的半寬度多光束干涉條紋的特點(diǎn) 條紋精細(xì)度定義：相鄰條紋間的相位距離和條紋半寬度之比來表示，稱為條紋精細(xì)度N法布里-珀羅（Fabry Perot簡(jiǎn)稱FP)干涉儀 多光束干涉的一個(gè)重要應(yīng)用實(shí)例,應(yīng)用非常廣泛，其特殊價(jià)值在于極高的分辨率，用于分析光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，后來用于構(gòu)成激光器的重要部分諧振腔(F-P腔）。法布里-珀羅干涉儀的結(jié)

5、構(gòu)（A）觀察透射光干涉 （B ） 腔面內(nèi)平行（C）玻璃外表面成一小棱角，避免反射干擾（D）h可變 干涉儀Interferometer h恒定 標(biāo)準(zhǔn)具Etalon （E）擴(kuò)展光源，等傾干涉法布里-珀羅干涉儀的條紋與邁克爾孫干涉儀產(chǎn)生的等傾干涉條紋(b)相比，法布里-珀羅干涉儀產(chǎn)生的條紋(a)要精細(xì)很多對(duì)比：邁克爾孫干涉儀在法布里珀羅干涉儀中，相鄰光束中的位相差為。 （傾角i、波長(zhǎng))（1）半角寬度以單色的擴(kuò)展光入射，傾角在特定方向上出現(xiàn)極強(qiáng)，某一極大值附近的半角寬度比更能反映條紋的細(xì)銳度。亮紋滿足的相位條件為：以位相差表示的強(qiáng)度半值寬度對(duì)應(yīng)強(qiáng)度半值寬度e時(shí)，有（2）法-帕腔選頻對(duì)于F-P干涉儀，以

6、非單色的平行光入射，傾角i固定（往往為0，位相差d為波長(zhǎng)l的函數(shù)。在寬光譜內(nèi)只有特定波長(zhǎng)附近產(chǎn)生極大。i=0時(shí)，有：2nh=klk 。用頻率表示為縱模：每條譜線lk即有：相鄰極強(qiáng)的頻率為等間隔的，頻率間隔為：對(duì)于每一級(jí)縱模的半值寬度，對(duì)l取微分：令其等于強(qiáng)度半值寬度的位相差e，對(duì)于第k級(jí)縱模的譜線寬度為可見，R、h影響譜線寬度，與其成反比。結(jié)論：法-帕腔對(duì)輸入的非單色光能夠挑選波長(zhǎng)、壓縮線寬。性能參數(shù) 由于法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具能夠產(chǎn)生十分細(xì)而亮的等傾干涉條紋，所以它的一個(gè)重要應(yīng)用就是研究光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，即將一束光中不同波長(zhǎng)的光譜線分開分光功能。分光元件特性的幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)：自由光譜范圍； 色散本領(lǐng)； 色分辨本領(lǐng)。自由光譜范圍定義：對(duì)某一級(jí)次不同波長(zhǎng)的譜線，不與相鄰級(jí)次譜線發(fā)生交迭的最大波長(zhǎng)差，稱為自由光譜范圍。色散本領(lǐng)定義為法-帕干涉儀或其他分光儀器對(duì)于不同波長(zhǎng)的光分開的能力。對(duì)于相近的兩個(gè)波長(zhǎng)，l及l(fā)+dl,如果每根條紋的寬度較大，兩波長(zhǎng)的干涉條紋就會(huì)交迭。對(duì)于k級(jí)亮紋，有：兩譜線k級(jí)亮紋間的角距離為色散本領(lǐng)：與k成正比。加大法帕腔的長(zhǎng)度h，可增加k,提高dik/dl色分辨本領(lǐng)定義: 分辨相近譜線的能力色分辨本領(lǐng)：即光譜儀的最小可分辨波