工程光学课件：第12-5节 平行平板的多光束干涉及其应用

《工程光学课件：第12-5节 平行平板的多光束干涉及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程光学课件：第12-5节 平行平板的多光束干涉及其应用（19页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、本章内容本章内容12.1 光波干涉的条件光波干涉的条件12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验12.3 干涉条纹的可见度干涉条纹的可见度12.4 平板的双光束干涉平板的双光束干涉12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用12.6 现代干涉技术和干涉系统现代干涉技术和干涉系统12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n平行平板多光束干涉的条件平行平板多光束干涉的条件n平板的反射场和透射场均存在多束光平板的反射场和透射场均存在多束光n一般：一般：反射比反射比 =0.04 只需考虑只需考虑反射光反射光的的 双光束双光束干涉干涉I1=0.04I2=0.037I

2、0=1I3=5.9 10-5I1=0.962=0.92I2=0.0015n nhn 1 212.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n平行平板多光束干涉的条件平行平板多光束干涉的条件n平板的反射场和透射场均存在多束光平板的反射场和透射场均存在多束光n一般：一般：反射比反射比 =0.04 只需考虑只需考虑反射光反射光的的 双光束双光束干涉干涉n高反射比：如高反射比：如 =0.9 各束光各束光强度接近强度接近（除（除I1)需考虑需考虑多光束多光束干涉干涉 实际应用是多采用实际应用是多采用透射光透射光的多光束干涉的多光束干涉I1=0.9I2=0.009I3=0.0073I1=

3、0.12=0.01I2=0.0081n nhn 1 2I4=0.00577I3=0.00656I0=112.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n干涉场的强度分布干涉场的强度分布n光程差光程差与与相位差相位差：相邻光束：相邻光束：n界面的界面的反射反射与与透射透射：nn nn 振幅反射系数：振幅反射系数：r r 振幅透射系数：振幅透射系数：t t n各束光的各束光的复振幅复振幅：n nhn 1 2P P 2cos2nh2cos4nh0ArA1tA1rA2tA2（半波损失）（半波损失）关系：关系：rr22rr，112rt t透射率透射率反射率反射率aA 0arAr1，ta

4、tAt1，irtratAe2，qa1112.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n干涉场的强度分布干涉场的强度分布n透射光干涉透射光干涉：合复振幅：合复振幅：透射光强分布：透射光强分布：n nhn 1 2P P 0ArA1tA1rA2tA2tatAt1ittratAe22243eittratA)1()1(2epiptptratArptttAAAA21iertat212|ttAI 221iertat21)1(iea等比数列等比数列）（irqe2qa1112.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n干涉场的强度分布干涉场的强度分布n透射光干涉透射光干涉

5、：合复振幅：合复振幅：透射光强分布：透射光强分布：tatAt1ittratAe22243eittratA)1()1(2epiptptratArptttAAAA21iertat212|ttAI 221iertat21)1(iea等比数列等比数列）（irqe2)2/(sin4)1()1(2222 a222)sin()cos1(|1|iecos212)cos1(2)1(22sin4)1(22iI12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n干涉场的强度分布干涉场的强度分布n透射光干涉透射光干涉：透射光强分布：透射光强分布：n反射光干涉反射光干涉：或直接：或直接：n定义定义精细度

6、系数精细度系数：)2/(sin4)1()1(222itII，irrtratAarAe21 rrrAAA212|rrAI)2/(sin4)1()2/(sin4222itirIIII（能量守恒）（能量守恒）2)1(4F)2/(sin1)2/(sin)2/(sin11222FFIIFIIirit，12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n条纹分析条纹分析：1.光强分布光强分布：相位差：相位差：n对于对于透射光透射光：亮纹亮纹：暗纹暗纹：n对于对于反射光反射光：亮纹亮纹：暗纹暗纹：)2/(sin1)2/(sin)2/(sin11222FFIIFIIirit，2cos4nh等倾

7、干涉等倾干涉为常数为常数，其中，其中hm2)12(mitIImaxFIIit11minFFKt2)12(mm2FFIIir1max0minrI1rK12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n条纹分析条纹分析：n几个结论：几个结论：1）反射光干涉场与透射光干涉场亮暗条纹互补反射光干涉场与透射光干涉场亮暗条纹互补2）反射场干涉条纹对比度好反射场干涉条纹对比度好3）透射场的亮条纹亮透射场的亮条纹亮n不同不同反射率反射率条件下条件下透射光条纹的强度透射光条纹的强度分布曲线：分布曲线：条纹变细锐条纹变细锐 1时时 暗背景上的极暗背景上的极 细锐亮纹细锐亮纹It/Ii m2)1(

8、2mF=0.2=0.046F=2=0.27F=20=0.64F=206=0.871012.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n条纹分析条纹分析：n条纹的条纹的锐度锐度 ：条纹的：条纹的相位半宽度相位半宽度n条纹的条纹的精细度精细度s：It/Iim210 1221)2/(sin112FIIitmm2级级亮亮条条纹纹：第第时时当当22m)4/(sin244sin很很小小时时，当当)1(24F 1 很小很小2s12F 1精细度很高精细度很高12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪：n结构和工作原理：结构和工作原理

9、：nF-P干涉仪：一块板固定，另一块板可以移动以改变距离干涉仪：一块板固定，另一块板可以移动以改变距离 hnF-P标准具：标准具：两板间加平行隔圈，保证距离不变并严格平行两板间加平行隔圈，保证距离不变并严格平行（F-P interferometer）h玻璃玻璃/石英板石英板扩展光源扩展光源（镀高反膜）（镀高反膜）（etalon）干涉级很高干涉级很高单色性要求高单色性要求高12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪：n应用：应用：光谱线超精细结构研究光谱线超精细结构研究设光源中含有两条谱线：设光源中含有两条谱线：1和和 2，2=1+中心

10、附近对应干涉级分别为中心附近对应干涉级分别为m1和和m2（F-P interferometer）221122mhmhh，较大时：较大时：21122121)(222hhhmmm11cos2n，212heem，heehee222212 21，其中：，其中：测测 e和和e 求求 2cos2nh利用利用/12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪：n应用：光谱线超精细结构研究应用：光谱线超精细结构研究 自由光谱范围（能测量的最大波长差）自由光谱范围（能测量的最大波长差）？（F-P interferometer）正好两组条纹重合正好两组条纹重合

11、时，时，当当 ee hmm2)1(212，此时：此时：，将无法判断是否越级，将无法判断是否越级当当h2222)(hRS记记 称为称为“标准具常数标准具常数”或或“自由光谱范围自由光谱范围”（最大量程）（最大量程）12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪：n应用：光谱线超精细结构研究应用：光谱线超精细结构研究 分辨极限和分辨本领？分辨极限和分辨本领？思路：波长能否被分辨，取思路：波长能否被分辨，取 决于条纹能否被区分决于条纹能否被区分（F-P interferometer）瑞利判据：瑞利判据：两个波长的亮条纹只两个波长的亮条纹只有当它

12、们合强度中央的极有当它们合强度中央的极小值低于两边的极大值的小值低于两边的极大值的0.81倍时，两个条纹才能倍时，两个条纹才能被区分开。被区分开。)2/(sin12FIIIiiG2)2/(111FIi)4/(sin1)4/(sin122FIFIIiiF2)4/(12FIi12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪：n应用：光谱线超精细结构研究应用：光谱线超精细结构研究 分辨极限和分辨本领？分辨极限和分辨本领？（F-P interferometer）)2/(sin1)2/(sin12212FIFIIii总光强：总光强：mmG2221，点

13、：点：在在222221mmF，点：点：在在GI81.0)2/(sin12FIIIiiG2)2/(111FIi)4/(sin1)4/(sin122FIFIIiiF2)4/(12FIi12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪：n应用：光谱线超精细结构研究应用：光谱线超精细结构研究 分辨极限和分辨本领？分辨极限和分辨本领？（F-P interferometer）)2/(sin1)2/(sin12212FIFIIii总光强：总光强：mmG2221，点：点：在在222221mmF，点：点：在在GI81.0030)(5.15)(222FFF15.4s07.2）（条纹精细度：（条纹精细度：2Fs12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用n法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪：n应用：光谱线超精细结构研究应用：光谱线超精细结构研究 分辨极限和分辨本领？分辨极限和分辨本领？定义定义分辨本领分辨本领：（F-P interferometer）mh 2由于：由于：24|hs07.2hk4，m2mA)(mssm97.007.22mNsN97.0束束数数，称称为为标标准准具具的的有有效效光光n作业：作业：P376 No.2212.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用