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第4章多光束干涉与光学薄膜汇编.ppt

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第4章 多光束干涉与光学薄膜 4.1 平行平板的多光束干涉 4.2 法布里—珀罗干涉仪 4.3 干涉滤光片 4.1 平行平板的多光束干涉 4.1.1 干涉场的强度公式 4.2 法布里—珀罗干涉仪 4.2.1 法布里-珀罗干涉仪 4.3 多光束干涉原理在薄膜理论中的应用 薄膜,指用物理或化学方法涂镀在玻璃或金属光滑表面上的透明介质膜。 4.3.1 单层膜 4.3.2 双层膜和多层膜 4.3.3 干涉滤光片 干涉滤光片是利用多光束干涉原理制成的一种从白光中过滤出波段范围很窄的近单色光的多层膜系。 分类:全介质干涉滤光片、金属反射膜干涉滤光片 4.3 将一个波长稍小于600nm波,与一个600nm的波在法布里—珀罗干涉仪上进行比较。当F-B干涉仪的两镜面之间距离改变1.5mm时,两波条纹就重合一次,试求未知波长。 解:距离改变1.5mm,两波条纹就重合,说明标准具的这两个波长对应的自由光谱区长度是1.5mm 在基片上涂镀一层折射率和厚度都均匀的透明介质薄膜,则当光束入射到薄膜上时,从薄膜的两表面出射的多光束干涉,便决定了薄膜对光的反射和透射性质。 G 处理方法与多光束相似,不同的是非对称性 从空气?簿膜,反射和透射为r1和t1,反方向反射和透射为r1和t1; 从薄膜?基片,反射和透射为r2和t2。 G r1E0i r2t1t1’E0i r22t1t1’r1’E0i r23t1t1’r1’2E0i A(i)是入射光的振幅, δ是相继两光束由光程差所引起的位相差 薄膜上反射光的合振幅为: 透射光的合振幅为: 薄膜的反射系数为: 透射系数为: 薄膜的反射率为: 薄膜的透过率: θ0是在薄膜上的入射角,θG是在基片中的折射角。 介质膜的反射率将随δ而变,随膜的光学厚度nh而变。 薄膜的反射率为: 与入射波长有关 与入射角有关 与折射率有关 与膜厚有关 与偏振方向有关 与折射率 与膜厚 讨论:(一)光束正入射(s,p光反射系数一样) 讨论反射情况:光束正入射到薄膜时,两分界面的反射系数分别为: 代入 可得 以折射率和两相继光束位相差δ表示的薄膜反射率 介质膜的反射率将随δ而变,随膜的光学厚度nh而变。 讨论: 1.n=n0或n=nG, R=R0(未镀膜) ?=0,cos?=1, 2. nh=mλ0/2,即δ=2πm,sin(δ/2)=0, cos(δ/2)=?1 等于不镀膜. 半波长膜。膜的光学厚度每变化λ0/2,对波长λ0的反射率没有影响 3.n1h=(2m+1)λ0/4,即δ=(2m+1)π,sin(δ/2)= ? 1, cos(δ/2)=0 nnG,增反HR nnG,增透AR 特例:n2=n0nG, R=0 λ0波长的光全部透射 结论: nh=mλ0/2 R=R0 半波长膜。膜的光学厚度 每变化λ0/2,对波长λ0的 反射率没有影响 nh=(2m+1)λ0/4 R有极值 增反 增透 对于n0=1,n2=1.5正入射的情况,对给定波长λ0。 1.单层增透膜 (nnG) 只要膜的折射率小于基片的折射率, 镀膜的反射率总小于未镀膜的 基片的反射率,因而镀膜后有增 透作用。 当nh=λ0/4,即δ=π时, 增透效果最好。 且n2=n0nG( n=1.22)时, R=0 全透射 * 5.3×10-5 6.6×10-5 8.1×10-5 0.01 5.9×10-5 7.3×10-5 9×10-3 0.9 0.9(镀高反膜) 3.8×10-9 2.4×10-6 1.5×10-5 0.92 9×10-8 6×10-5 0.037 0.04 0.04(未镀膜) It4 It3 It2 It1 Ir4 Ir3 Ir2 Ir1 界面反射率 振幅为 由于这些光束均由同一束入射光分振幅产生,只要入射光波的相干光程足够长,这些光束就是相干光。 当平板表面未镀膜时,只有Er1和Er2的强度比较接近,可以产生反衬度较高的双光束干涉。 而当平板表面都镀高反射膜时,除了Er1之外,各反射光束和透射光束都比较接近,可以产生反衬度很好的反射光多光束干涉和透射光多光束干涉。 n0 n n0 h ?0 ? 1 2 3 4 1’ 2’ 3’ 以扩展光源照明平行平板,干涉场定域在无穷远处。 计算干涉场上P的光强度,与P点对应的多光束的出射角为θ0,在平板内的入射角为θ,因而相继两束光的光程差 位相差: 假设光束从周围介质射入平板内,反射系数为r,透射系数为t,从平板射出时相应的系数为r ˊ,tˊ,并设入射光的振幅为A(i),则从平板反射出来的各光束

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