光的干涉邁克爾遜干涉儀法布里-珀羅干涉儀課件

光學(xué)

1.8邁克爾遜干涉儀

邁克爾遜干涉儀(A.A.Michelson

美籍德國人）是邁克爾遜于1881年為研究“以太”是否存在而設(shè)計(jì)的。邁克爾遜干涉儀證明了光速與參照系無關(guān)，從而為愛因斯坦狹義相對論的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)，于1907年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。

光學(xué)1.8邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀(A.A.M光的干涉邁克爾遜干涉儀法布里-珀羅干涉儀課件一、干涉儀的原理

光學(xué)

1.8邁克爾孫干涉儀

單色光源反射鏡反射鏡與

成

角補(bǔ)償板分光板

移動導(dǎo)軌

G2的作用是補(bǔ)償M2反射的光線欠兩次通過G1的的程差。此對普通光源尤其是白光非常重要。

一、干涉儀的原理光學(xué)1.8邁克爾孫干涉儀單色光源反射鏡反射鏡單色光源光程差

的像

M1與M'2形成空氣薄膜層，可產(chǎn)生等傾干涉和等厚干涉。等傾干涉用擴(kuò)展光源，等厚干涉用平行光.反射鏡反射鏡單色光源光程差的像M1當(dāng)不垂直于時，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源當(dāng)不垂直于時，可形成劈尖型等厚干涉條干涉條紋移動數(shù)目二邁克耳孫干涉儀的主要特性(1)兩相干光束完全分開；

(2)兩光束的光程差可調(diào).移動距離移動反射鏡干涉條紋移動數(shù)目二邁克耳孫干涉儀的主要特性(1)兩相

等傾干涉條紋的移動

當(dāng)與之間距離d變大時，圓形干涉條紋從中心一個個長出,并向外擴(kuò)張,

干涉條紋變密；

距離變小時，圓形干涉條紋一個個向中心縮進(jìn),干涉條紋變稀.等傾干涉條紋的移動當(dāng)與插入介質(zhì)片光程差光程差變化光程差干涉條紋移動數(shù)目介質(zhì)片厚度插入介質(zhì)片光程差光程差變化光程差干涉條紋移動數(shù)目介質(zhì)片厚度1、可測折射率

n

或測插入介質(zhì)的厚度

t

。三．邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用

2、分析原子的譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)。

4、邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)——否定‘以太’的存在。

3、測量光波波長：邁克爾遜用他的干涉儀最先以光的波長為單位測定了國際標(biāo)準(zhǔn)米尺的長度。

由于邁克爾遜干涉儀將兩相干光束完全分開，它們之間的光程差可以根據(jù)要求改變，測量結(jié)果可以精確到與波長同數(shù)量級，所以應(yīng)用很廣。1、可測折射率n或測插入介質(zhì)的厚度t。三．邁克爾遜前面討論了兩類干涉現(xiàn)象，楊氏雙縫，勞埃德鏡，菲涅耳雙棱鏡等都是把同一光源發(fā)出的同一光波，設(shè)法分開從而引起干涉；薄膜干涉則是利用同一入射光波的振幅通過薄膜的兩個表面反射后加以分解；這兩種方法分別叫分波面法和分振幅法。邁克耳遜干涉儀就是應(yīng)用分振幅原理的干涉儀；他們都屬于雙光束干涉。光學(xué)

1.9法布里-珀羅干涉儀多光束干涉

雙光束干涉前面討論了兩類干涉現(xiàn)象，楊氏雙縫，勞埃德鏡，菲涅耳雙棱鏡等都如果兩束光的強(qiáng)度相同，即振幅都等于A1，則相干光強(qiáng)應(yīng)為通常情況下，它介乎最大值4A12和最小值0之間。如果相位差連續(xù)改變，則光強(qiáng)變化緩慢，如圖：

-4-3-2-0234

如果兩束光的強(qiáng)度相同，即振幅都等于A1，則相干光強(qiáng)應(yīng)為通常用實(shí)驗(yàn)方法不易測定最大值和最小值的準(zhǔn)確位置。若兩束光的振幅不相等，最小值不為0，則條紋的可見度降低。就更難確定最大值和最小值的準(zhǔn)確位置。對實(shí)際應(yīng)用來說，干涉圖樣最好是十分狹窄，邊緣清晰并且十分明亮的條紋，此外，還要求亮條紋能被比較寬闊且相當(dāng)黑暗的區(qū)域隔開。要是采用相位差相同的多光束干涉系統(tǒng)，就可以滿足這些要求。法布里－珀羅干涉儀就是一種相位差相同的多光束干涉儀器。用實(shí)驗(yàn)方法不易測定最大值和最小值的準(zhǔn)確位置。若兩束光的振幅一、儀器結(jié)構(gòu)及原理

它是由法國物理學(xué)家法布里（C.Fabry）和珀羅(A.Perot)于1896年研制的。法布里－珀羅干涉儀一、儀器結(jié)構(gòu)及原理它是由法國物理學(xué)家法布里（C.Fabr干涉儀主要由兩板平行放置的玻璃板組成，它們相對的面嚴(yán)格平行，并鍍有反射率很大的反射膜，為了避免玻璃板外表的反射光干擾，G,G′板的兩個外表面之間有一微小鍥角。G,G′間若充上石英或銦鋼，它透明且不隨溫度而熱脹冷縮，故使G,G′間距固定不變，則稱為法布里—珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。若其間距可以改變，則稱為法布里－珀羅干涉儀。GG'干涉儀主要由兩板平行放置的玻璃板組成，它們相對的面嚴(yán)格平行，單色擴(kuò)展光源焦平面

屏幕

面光源s放在透鏡L1的焦平面上，使許多方向不同的平行光束入射到F－P干涉儀上，在G,G′間作來回多次反射。最后透射出來的平行光束在第二透鏡L2的焦平面上形成同心圓形的等傾干涉條紋。單色擴(kuò)展光源焦平面屏幕面光源s放在透鏡L1的焦平面二、遞減振幅多光束干涉的光強(qiáng)分布

設(shè)G,G′內(nèi)表面（鍍銀面）的光強(qiáng)反射率為

則從G透射光的振幅為

則第一次從G′透射光的振幅為

則第二次從G′透射光的振幅為

d0二、遞減振幅多光束干涉的光強(qiáng)分布設(shè)G,G′內(nèi)表面（鍍銀面）依次類推，從G2透射出的光的振幅分別為以為公比的等比數(shù)列。這些振幅遞減的透射光，彼此平行，相鄰兩束光到達(dá)透射L2焦平面的光程差相等。由于沒有附加光程，則相鄰兩束光到達(dá)透鏡L2的焦平面同一點(diǎn)時，彼此的光程差為：其相位差為d0依次類推，從G2透射出的光的振幅分別為以為公比的等比數(shù)列。若第一束透射光的初相位為0，則各光束的初相位依次為則在L2焦平面上P點(diǎn)處，各光束的振動方程為：d0在P點(diǎn)的合振動為:若第一束透射光的初相位為0，則各光束的初相位依次為則在L21、干涉條紋分析：⑴是等傾干涉條紋—明暗相間同心園環(huán)，條紋間距、干涉級分布與邁克爾遜干涉條紋相同，但亮紋強(qiáng)度增大、寬度變窄。⑵光強(qiáng)分布多束透射光疊加的結(jié)果：稱為艾里涵數(shù)1、干涉條紋分析：⑴是等傾干涉條紋—明暗相間同心園環(huán)，條紋討論：①對一定的鍍膜，ρ一定，A2隨φ而變化；②暗、亮條紋強(qiáng)度比∴ρ

越大，上式比值越小，可見度越高；反之，可見度越低。③ρ→0時，無論φ如何變化，A=const，最大值與最小值相等，亮、暗條紋無法區(qū)分，可見度為0；討論：①對一定的鍍膜，ρ一定，A2隨φ而變化；②暗透射光強(qiáng)

光強(qiáng)分布曲線如圖此時，干涉花樣為幾乎全黑的背景上一組很細(xì)的亮條紋組成；隨著ρ的增大，暗條紋強(qiáng)度減小，亮條紋強(qiáng)度增加，寬度變窄，銳度增加。光強(qiáng)分布如上圖所示。透射光強(qiáng)光強(qiáng)分布曲線如圖此時，干涉花樣為幾乎全黑的背景上一若使用復(fù)色光源，則φ還將隨λ而變，干涉條紋將展開成彩色光譜線，ρ越大，譜線越細(xì)銳。i1A0Gi2n2G’d0ρ→1時的定量研究（可透光能過98％）由于透射出的光束的振幅基本相等可視為等振幅的多光束干涉。以不同的入射角的入射光，就形成同心圓形的等傾干涉條紋。

鍍銀面G和G′的反射面率越大。干涉條紋越清晰。這是F-P干涉儀于其他干涉儀所具有的最大的優(yōu)點(diǎn)。

若使用復(fù)色光源，則φ還將隨λ而變，干涉條紋將展開成彩色透射光可視為等振幅的多光束干涉。A0為每束光的振幅，N為光束的總數(shù)，φ則為各相鄰光束之間的相位差討論：①疊加結(jié)果：P63附錄1.6透射光可視為等振幅的多光束干涉。A0為每束光的振幅，N為光束②綜上所述：對等振幅多光束干涉，在

j=0,+N,+2N,……處將出現(xiàn)主最大值；在相鄰主最大間分布著（N-1）個最小值，（N-2）個次最大值。光強(qiáng)分布如下圖示。（N