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1、5 法布里法布里珀罗干涉仪珀罗干涉仪一一法布里法布里珀罗干涉仪的结构珀罗干涉仪的结构扩展源扩展源准直透镜准直透镜会聚透镜会聚透镜接收屏接收屏分束板，内侧镀膜分束板，内侧镀膜G1,G2间间,间距间距h可调可调法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪G1,G2间间,间距间距h固定固定法布里法布里-珀罗标准具珀罗标准具多光束相干光在多光束相干光在L2焦平面上形成等倾圆环条纹焦平面上形成等倾圆环条纹dd法布里珀罗干涉仪二二 多光束干涉多光束干涉 双光束干涉的光强：双光束干涉的光强： I 变化缓慢，条纹不细锐，分辨率低变化缓慢，条纹不细锐，分辨率低欲使欲使I 急剧变化，条纹细锐，分辨率急剧变化，条纹细锐，分辨
2、率高，便于测量，高，便于测量，dd法布里珀罗干涉仪装置：装置：膜两表面镀膜两表面镀R=90% 的高反射膜的高反射膜多光束干涉要求膜多光束干涉要求膜足够长，足够长，i 不太大不太大dd法布里珀罗干涉仪三多光束干涉光强分布公式三多光束干涉光强分布公式nn0光束从光束从n0n ,复振幅反射比复振幅反射比r, 透射比透射比t； 光束从光束从n n0复振幅反射比复振幅反射比r, 透射比透射比t；90%0.9%0.73%1%0.81%0.66%F P相邻两透射光之间相邻两透射光之间 = (2 / ) = (2 / )2nhcos i 反射引起的反射引起的 将将反映在反映在dd法布里珀罗干涉仪设设:入射光振
3、幅入射光振幅A，波长，波长 ，第一束透射光，第一束透射光 0=0n0n n0各透射光束的复振幅：各透射光束的复振幅： 由上述表达式可见由上述表达式可见dd法布里珀罗干涉仪透射光合振动的复振幅：透射光合振动的复振幅：（据斯托克斯公式（据斯托克斯公式 r = - r，1- r2 = tt）dd法布里珀罗干涉仪（1）给定不同的）给定不同的R值，得到不同的曲线值，得到不同的曲线 （2）反射光强与透射光强互补）反射光强与透射光强互补,IT+IR=I0 （3）干涉极大值位置由）干涉极大值位置由 决定与决定与R无关无关, 干涉条纹的细锐程度由干涉条纹的细锐程度由R决定决定.由上式可得到由上式可得到 IT/I
4、0 曲线曲线 （1）给定不同的）给定不同的R值，得到不同的曲线值，得到不同的曲线 （2）反射光强与透射光强互补）反射光强与透射光强互补,IT+IR=I0 （3）干涉极大值位置由）干涉极大值位置由 决定与决定与R无关无关, 干涉条纹的细锐程度由干涉条纹的细锐程度由R决定决定.dd法布里珀罗干涉仪四干涉条纹的特点四干涉条纹的特点 1干涉条纹极值位置与干涉条纹极值位置与 有关，相对大有关，相对大 小与小与R有关。有关。ITmax=I0 透射光有极大值。透射光有极大值。 当当 = 2m 时时 ，sin /2 = 0;IRmin=0 反射光有极小反射光有极小dd法布里珀罗干涉仪 =(2m+1) 时，时，
5、 sin /2=1ITmin= (1-R)2 I0 /(1+R)2 RITminIRmax= 4RI0/(1+R)2 R IRmax dd法布里珀罗干涉仪2干涉条纹的细锐程度由干涉条纹的细锐程度由R决定决定对不同的对不同的R有不有不同的光强分布。同的光强分布。dd法布里珀罗干涉仪当当R1时时 ， (1-R) 1。dd法布里珀罗干涉仪比较双缝干涉光强分布比较双缝干涉光强分布当当R1时时 ， (1-R) 1。dd法布里珀罗干涉仪当当R 1时时, F(锐度系数锐度系数)= 4R/(1-R)21 若若sin2( /2)有有微微小小变变,IT/I0变变化化很很大大。即即 稍稍偏偏离离2m ，IT便便急急
6、剧剧下下降降，使使条条纹十分细锐纹十分细锐.dd法布里珀罗干涉仪 一般观察透射光的干涉图样。一般观察透射光的干涉图样。 干涉条纹的形状：干涉图样为等倾条纹干涉条纹的形状：干涉图样为等倾条纹反射光干涉图样反射光干涉图样: 宽的亮背景上呈现很细的暗纹。宽的亮背景上呈现很细的暗纹。 透射光干涉图样透射光干涉图样: 宽的暗背景上呈现很细的亮宽的暗背景上呈现很细的亮dd法布里珀罗干涉仪 F-P干干涉涉仪仪是是高高分分辨辨率率的的光光谱谱仪仪器器，常用来研究光谱的精细结构与超精细结构常用来研究光谱的精细结构与超精细结构 F-P干涉仪干涉仪的亮条纹比迈克尔孙干的亮条纹比迈克尔孙干涉仪的等倾圆环细锐明亮。涉仪
7、的等倾圆环细锐明亮。 F-P干涉仪干涉仪在近代光学中非常重要在近代光学中非常重要 （1）是一种分辨率极高）是一种分辨率极高 的光谱仪。的光谱仪。 （2）可做激光器的谐振腔。）可做激光器的谐振腔。 （3）光通信中可做波分复用元件。光通信中可做波分复用元件。 （4）比较法，测量光波波长。）比较法，测量光波波长。dd法布里珀罗干涉仪增反膜：增反膜： R，增大反射率。，增大反射率。 增透膜：增透膜： T，减少仪器反射面的反射，减少仪器反射面的反射 光损失。光损失。 干涉滤光片：干涉滤光片： 从复色光中提取某波长或波段的光从复色光中提取某波长或波段的光薄膜光学：研究薄膜光学：研究 n、h与与R的关系的关
8、系dd法布里珀罗干涉仪一单层增反膜与增透膜一单层增反膜与增透膜 即多光束干涉问题在即多光束干涉问题在 （n0、n 、ng、h）一定，）一定， i = 0 时时 膜系的膜系的 R=？ 为讨论简单仅讨论光波正入射的情况。为讨论简单仅讨论光波正入射的情况。dd法布里珀罗干涉仪 此处与此处与F-P干涉仪不同之处在于，干涉仪不同之处在于，膜系两边介质不同。膜系两边介质不同。ngn n0记：从记：从n0 n （ r， t ） 从从n n0 （ r，t ） 从从n ng （ r2， t2）求单层膜系的求单层膜系的 R = ？dd法布里珀罗干涉仪73 干涉滤光片干涉滤光片1滤光片滤光片结构：极小的结构：极小的
9、F-P标准具标准具金属反射膜干涉滤光片金属反射膜干涉滤光片全介质干涉滤光片全介质干涉滤光片干涉滤光片：利用干涉滤光片：利用F-P腔的腔的dd法布里珀罗干涉仪F-P标准具标准具若若 i = 0 =2m =2nh=m (m=0，1，2) 时时则则 ITmax= I0 已知：已知：例如例如 2nh=2.4 m, 哪些波长有哪些波长有Itmax?dd法布里珀罗干涉仪7 光学薄膜光学薄膜 用用真真空空蒸蒸发发、沉沉淀淀或或甩甩胶胶的的方方法法,在在璃璃或或光光滑滑的的金金属属表表面面涂涂、镀镀一一层很薄的透明电介质或金属膜层。层很薄的透明电介质或金属膜层。镀膜技术镀膜技术dd法布里珀罗干涉仪二干涉滤光片
10、的性能参数二干涉滤光片的性能参数1中心波长中心波长 0，透射透射 率最大的波长，率最大的波长， 由由nh, m决定。决定。 2峰值透射率峰值透射率TM TM= Itmax/I0 (一般在一般在30%以下以下)dd法布里珀罗干涉仪 多多光光束束干干涉涉的的结结果果，决决定定了了单单层层膜膜或或多多层层膜膜的的光光学学性性质质，即即镀镀膜膜后后其其膜系可起增反、增透、滤波的作用。膜系可起增反、增透、滤波的作用。单层膜：只有一个膜系的膜。单层膜：只有一个膜系的膜。 多层膜：有多个膜系的膜。多层膜：有多个膜系的膜。单层膜和多层膜单层膜和多层膜dd法布里珀罗干涉仪m级亮纹：级亮纹： ITmax=I0 =2m m级级亮纹亮纹两侧：两侧： IT= I0/2 =2m /2 3透射带的光谱宽度透射带的光谱宽度透射峰值下透射峰值下 降一半时所对应的波长范围降一半时所对应的波长范围dd法布里珀罗干涉仪
