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1.10 多光束干涉(Multiple-beam interference) 1 多光束干涉的原理 多个光波相干迭加时，出现多光束干涉现象 干涉条纹随光程差（位相差）的变化不再是余弦关系 多光束干涉的途径： 振幅分割----薄膜或介质分界面的多次反射或透射. 波前分割----多缝或光栅取代Young干涉中的双缝; 波前分割 ----多缝的干涉 提高介质表面的反射率，使多束反射光或透射光参与干涉 介质表面上的多次反射和透射 多次反射和透射产生的多光束干涉 夏尔.法布里Charles Fabry (1867-1945) 阿尔弗雷德.珀罗 Alfred Perot (1863-1925) 1897年发明 法布里—珀罗空腔谐振器 20世纪50年代中期，肖洛与美国著名物理学家汤斯共同研究微波激射问题。当汤斯提出受激辐射放大原理时，肖洛第一个提出运用没有侧壁的开放式法布里-珀罗腔作振荡器的设想。1960年，他和汤斯研制出第一台激光器。 法布里—珀罗干涉仪 为了得到十分狭窄、边缘清晰、十分明亮的干涉条纹，采用位相差相同的多光束干涉系统。 一、实验装置 面光源 s 放在透镜L1的焦平面上 。 接收屏s’放在透镜L2的焦平面上。 透明板G1//G2，其相向的平面上渡有高反射膜，要求渡膜表面很平（与标准样板的偏差不超过1/20—1/50波长）。 不变，法布里—珀罗标准具。 改变，法布里—珀罗标准干涉仪。 法布里—珀罗标准具的干涉花样 光源 s发出的光在GG’之间多次反射，透出的平行光在L2的焦平面上形成等倾干涉条纹 h A0 i1 G G’ n2 i2 I3 I1’ I1 I2’ I2 I3’ I11 I22 I33 二、实验原理 ▲ 设度银面的反射率为 A’ 则其折射率为 I1（折）： I1’（反）： I11（折）： I2（反）： I22（折）： … 振 幅 I44 … I33 I22 I11 G’透射光 ▲ 透射光相互平行，通过L2在焦平面上形成薄膜干涉条纹。 ▲ 两束透射光的位相差： 0 位 相 I22 与 I11： I33 与 I11： I44 与 I11： … 若设I11位相为0，则I22位相为 ， I33位相为 ，… 等比数列 等差数列 振幅 按等比数列减少，公比 位相 按等差数列增加，公差 结论 与迈克耳孙干涉仪的完全相同。 三、光强计算 多束透射光叠加的合振幅（计算过程见附录1-5）： 爱里函数 精细度，描述干涉条纹的细锐程度 四、极值条件 时， 振幅极大 时， 振幅极小 可见度愈显著 由 讨论 ▲ A与 的关系 无论 如何，A几乎不变 时，A=Amax， 稍有偏离，A→0。 由 ▲ 作爱里函数曲线 亮条纹宽度↓ 纵坐标为透射光干涉的相对光强 暗条纹强度↓ 条纹的锐度和可见度↑！ 改变，不同波长的最大值出现在不同的方向，成为有色光谱。 ▲ 与迈克耳孙干涉仪的比较 相当于迈克耳孙等倾干涉，相邻两透射光的光程差表达式与迈克耳孙干涉仪的完全相同，所以条纹的形状、间距、径向分布很相似。 相同点： 不同点： 迈克耳孙干涉仪为等振幅的双光束干涉（为什么？） 法布里—珀罗干涉仪为振幅急剧减少的多光束干涉 亮条纹极其细锐 ▲ 复色光入射 随 ▲ 应用 研究光谱线超精细结构的工具 激光谐振腔借用了其工作原理 ▲ （98%以上）时的情形 各束透射光的振幅基本相等 A≈A0 等振幅的多光束干涉，合振幅为（计算过程见附录1-6）： A0 每束光振幅 N 光束总数 φ 相邻两束光之间的位相差 * *