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§ 5 法布里 — 珀罗干涉仪

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§ 5 法布里 — 珀罗干涉仪 - PowerPoint PPT Presentation


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§ 5 法布里 — 珀罗干涉仪. 一. 法布里 — 珀罗干涉仪的结构. 扩展源. 接收屏. 会聚透镜. 准直透镜. 分束板,内侧镀膜. G 1 ,G 2 间 , 间距 h 可调 — 法布里 - 珀罗干涉仪. G 1 ,G 2 间 , 间距 h 固定 — 法布里 - 珀罗标准具. 多光束相干光在 L 2 焦平面上形成等倾圆环条纹. 二. 多光束干涉. 双光束干涉的光强:. I ~  变化缓慢,条纹不细锐,分辨率低. 欲使 I ~  急剧变化,条纹细锐,分辨率高,便于测量,. 装置:. 膜两表面镀 R=90% 的高反射膜.

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slide1

§5 法布里—珀罗干涉仪

一.法布里—珀罗干涉仪的结构

扩展源

接收屏

会聚透镜

准直透镜

分束板,内侧镀膜

G1,G2间,间距h可调—法布里-珀罗干涉仪

G1,G2间,间距h固定—法布里-珀罗标准具

多光束相干光在L2焦平面上形成等倾圆环条纹

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二. 多光束干涉

双光束干涉的光强:

I~变化缓慢,条纹不细锐,分辨率低

欲使I~急剧变化,条纹细锐,分辨率高,便于测量,

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装置:

膜两表面镀R=90%

的高反射膜

多光束干涉要求膜足够长,i 不太大

slide4

三.多光束干涉光强分布公式

相邻两透射光之间

0.73%

0.66%

= (2 / ) 

= (2/)2nhcos i’

P

·

0.9%

0.81%

F’

反射引起的’将反映在

90%

1%

n

n0

光束从n0→n,复振幅反射比r, 透射比t;

光束从n →n0复振幅反射比r’, 透射比t’;

slide5

设:入射光振幅A,波长,第一束透射光0=0

各透射光束的复振幅:

n0

由上述表达式可见

n

n0

slide6

透射光合振动的复振幅:

(据斯托克斯公式 r = - r’,1- r2 = tt’)

slide7

由上式可得到 IT/I0~  曲线

(1)给定不同的R值,得到不同的曲线

(2)反射光强与透射光强互补,IT+IR=I0

(3)干涉极大值位置由 决定与R无关,

干涉条纹的细锐程度由R决定.

(1)给定不同的R值,得到不同的曲线

(2)反射光强与透射光强互补,IT+IR=I0

(3)干涉极大值位置由 决定与R无关,

干涉条纹的细锐程度由R决定.

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小与R有关。

1.干涉条纹极值位置与有关,相对大

四.干涉条纹的特点

当= 2m时 ,sin  /2 = 0;

ITmax=I0 透射光有极大值。

IRmin=0 反射光有极小

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=(2m+1)时, sin  /2=1

ITmin= (1-R)2 I0/(1+R)2 R↑→ITmin↓

IRmax= 4RI0/(1+R)2 R↑→ IRmax ↑

slide10

2.干涉条纹的细锐程度由R决定

※对不同的R有不同的光强分布。

slide11

当R《1时 , (1-R) ≈1。

slide12

当R《1时 , (1-R) ≈1。

比较双缝干涉光强分布

slide13

当R ≈1时, F(锐度系数)= 4R/(1-R)2>>1

若sin2( /2)有微小变,IT/I0变化很大。即稍偏离2m,IT便急剧下降,使条纹十分细锐.

slide14

干涉条纹的形状:干涉图样为等倾条纹

反射光干涉图样:

宽的暗背景上呈现很细的亮

透射光干涉图样:

宽的亮背景上呈现很细的暗纹。

※ 一般观察透射光的干涉图样。

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∵F-P干涉仪的亮条纹比迈克尔孙干涉仪的等倾圆环细锐明亮。∵F-P干涉仪的亮条纹比迈克尔孙干涉仪的等倾圆环细锐明亮。

∴F-P干涉仪是高分辨率的光谱仪器,常用来研究光谱的精细结构与超精细结构

F-P干涉仪在近代光学中非常重要

(1)是一种分辨率极高 的光谱仪。

(2)可做激光器的谐振腔。

(3)光通信中可做波分复用元件。

(4)比较法,测量光波波长。

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增反膜:

R↑,增大反射率。

增透膜:

T↑,减少仪器反射面的反射

光损失。

干涉滤光片:

从复色光中提取某波长或波段的光

薄膜光学:研究 n、h与R的关系

slide17

一.单层增反膜与增透膜

为讨论简单仅讨论光波正入射的情况。

即多光束干涉问题在

(n0、n、ng、h)一定, i = 0 时

膜系的 R=?

slide18

此处与F-P干涉仪不同之处在于,膜系两边介质不同。此处与F-P干涉仪不同之处在于,膜系两边介质不同。

记:从n0→ n( r, t )

从n→ n0( r’,t’ )

从n→ ng ( r2, t2)

n0

n

ng

求单层膜系的 R = ?

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7.3 干涉滤光片

1.滤光片

结构:极小的F-P标准具

金属反射膜干涉滤光片

全介质干涉滤光片

干涉滤光片:利用F-P腔的

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已知:

F-P标准具

(m=0,1,2)

=2m

=2nh=m 

若 i = 0

则 ITmax= I0

例如 2nh=2.4m, 哪些波长有Itmax?

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§7 光学薄膜

镀膜技术

用真空蒸发、沉淀或甩胶的方法,在璃或光滑的金属表面涂、镀一层很薄的透明电介质或金属膜层。

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二.干涉滤光片的性能参数

1.中心波长0,透射

率最大的波长,

由nh, m决定。

2.峰值透射率TM

TM=Itmax/I0

(一般在30%以下)

slide23

单层膜和多层膜

单层膜:只有一个膜系的膜。

多层膜:有多个膜系的膜。

多光束干涉的结果,决定了单层膜或多层膜的光学性质,即镀膜后其膜系可起增反、增透、滤波的作用。

slide24

3.透射带的光谱宽度透射峰值下

降一半时所对应的波长范围

m级亮纹:

ITmax=I0 =2m

m级亮纹两侧:

IT= I0/2

=2m± /2