19第十九次课、分振幅多光束干涉概述.ppt

第十九次课、分振幅多光束干涉 二．法布里—珀罗干涉仪及其应用 (一)、法布里—珀罗干涉仪 (二)、法布里—珀罗干涉条纹强度分布规律 (三) 法布里—珀罗干涉仪的应用 (一)、法布里—珀罗(Fabry-Perot)干涉仪 (二)、法布里—珀罗干涉条纹强度分布规律 三、法布里—珀罗干涉仪的应用 1*、研究光源光谱成分的精细结构 2、干涉滤光片 3、激光器谐振腔 * * * 内 容 一、平行平板产生的多光束干涉 二、法布里—珀罗干涉仪 三、法布里—珀罗干涉仪的应用 所谓多光束干涉是指多束相干光波同时经过空间某一区域时，会发生合强度不等于各束光强度之和的现象，即干涉场中出现干涉项。 产生多光束干涉的物理基础与双光束干涉一样，是光场的叠加原理和强度与光场间的平方关系。 但是，多光束干涉图形的强度分布有其自身的特点，这使得平行多光束干涉有着广泛的应用。 产生稳定的多光束干涉的必要条件也要求参与干涉的诸多光束之间满足相干条件，即频率相同、振动方向不垂直以及有恒定的初始位相差。 显然来自同一个光源的多光束叠加应该产生干涉。所以，多光束干涉也需要借助干涉装置来实现，该装置既能把来自某一光源的一束光分解成满足相干条件的多束相干光，然后又能使这些相干光束重新汇合在指定区域内，发生干涉。 透明平行平板就是一种分振幅多光束干涉装置，这种装置目前来说是最简单的。 多光束干涉也有分振幅型干涉和分波面型干涉两类。 一、平行平板产生的多光束干涉 C R3 T2 R1 i2 A d S n1 n2 n3 i1 B D R2 T1 T3 R4 为了利用平行平板观察到多光束干涉现象，必须使平行平板两表面的反射系数(率)很高。 假设上下表面的反射系数都为0.95，即反射率都为0.9左右，且假设平板没有吸收，则入射光接近正入射到平板上(i115°)时，各束反射、透射光的强度与入射光光强的比值分别如下： R1：0.9 R2：0.009 R3：0.0073 R4：0.0058 …… T1：0.01 T2：0.008 T3：0.0066 T4：0.0053 …… 容易看出，在反射光中除了R1很强外，R2、R3、R4等光强相对都很弱，但它们的光强相近，所以如果去掉反射束R1，其余的反射光束就要发生多光束干涉。 各束透射光，包括第一个透射光束T1在内，就是一些虽然光强很弱但相近的相干光束，它们也要发生多光束干涉。换言之，在高反射率平行平板的透射光场中，可以直接观察到多光束干涉现象。 P—棱镜 IR1 IR2 IR3 IT1 IT2 IT3 I 陆末——盖克尔板(简称陆末板)示意图 在内表面的入射角接近于临界角。 这样，内表面反射系数很高，接近1。 抑制第一束反射光 既能观察透射光多束光干涉，又能观察反射光多束光干涉。 典型的观察透射光多束光干涉的平行平板装置就是著名的法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪。平行平板表面高反射率的获得是利用镀金属膜或介质膜的方法来实现的。 相邻两束透射光的光程差为： i2 i A B C E F Et1 Et2 Et3 Et4 i2 i n n2 n2 d i Et5 E0 1 2 2 1 n1 n1 D 空气中，n1=1 相邻两束透射光的位相差为： i2 i A B C E F Et1 Et2 Et3 Et4 i2 i n n2 n2 d i Et5 E0 1 2 2 1 n1 n1 D 两式称为爱里(Airy)公式。 它们描绘的条纹是分振幅等倾多光束干涉条纹。 (b) (a) 平行平板多光束干涉强度分布曲线图 内容 i S L1 L2 F-P f P Π i i 两板的内表面平行，并镀制高反射率的膜层，组成一个具有高反射率表面的空气层平行平板。 外表面略为倾斜，使其上的反射光偏离透射光的观察范围，以免干扰，因而F-P的每块板是楔形板。 在实际仪器中，两块楔形板分别安排在可微调的框架内，通过微调螺丝以确保两内表面严格平行。 接近光源的一块板可以在精密导轨上移动，以改变空气层的厚度。 如果使用固定隔圈把两板的距离固定，则称为‘Fabry-Perot标准具’。 法布里-珀罗干涉仪结构图 图中还绘出了观察干涉条纹的光路： 系统由放置在透镜L1前焦面上的准单色宽扩展光源S照明，透镜L2使无限远处的透射光干涉条纹出现在其后焦面上。 显然，这样观察到的条纹形状类似于双光束的平行平板的等倾条纹，称为多束光的等倾条纹。 它也是由一系列圆环形亮纹组成的，但是亮纹很细而暗区很宽。 i S L1 L2 F-P f P Π i i 法布里-珀罗干涉仪结构图 由图可以看出，对于入射角为 i 的入射光，各束透射光都将聚集在观察屏Π平面上的P点。 在ρ、λ0、d和平板间媒质的折射率 n 等参数