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8多光束干涉与光学薄膜 报告人 周远 两种分振幅干涉 等倾干涉和等厚干涉 等倾干涉 等厚干涉 平行平板 楔形平板 h恒定 2恒定 相同 2的光叠加在同一条纹 相同h处光叠加在同一条纹 定域面在无穷远 定域面在膜层附近 回顾 分振幅干涉 叠加点的强度 回顾 楔形板的等厚干涉 平行光正入射 2恒为00 对于楔形平板 等厚条纹是平行于楔棱的等距直线 在楔棱处 h 0 L 2 为暗纹 h增大 L增大 干涉级数m也增大 楔角越小 条纹越宽 条纹向右移动板变厚 条纹间距不变 条纹左右移动 波长越大 间距越大 条纹间距e 回顾 牛顿环的等厚干涉 半径为r的条纹干涉级数 越外围 r越大 m越大 中心 m 0 5 暗纹 条纹间距 m越大 越外围 r越小 条纹越密 即条纹里疏外密 R越小 r越小 条纹越密 问题引入 在分析平行平板的等倾干涉时只分析了1和2两束光的干涉 反射率较小时可忽略其余的反射光 只考虑双光束干涉 反射率较大时必须考虑多光束干涉 这样处理是否准确 1 干涉场的强度公式 相继两束光的光程差 若反射系数为r 透射系数为t 入射光的振幅为A i 从平板射出时相应的系数为r t 从平板反射回来的各光束的振幅依次为 各反射光束的光矢量 合成光矢量为 扩展光源 定域在无穷远 合成光的振幅为 利用菲涅耳公式容易证明 干涉场的强度公式 干涉场的强度公式 反射光的合成强度为 透射光的合成强度为 令 反射光和透射光的干涉条纹互补 干涉场的强度随R和 而变 特定R下 仅随 变 2 多光束干涉条纹特点 干涉场强度只与光束倾角有关 倾角 相同的光束形成同一个条纹 是等倾条纹 同心圆环 多光束干涉条纹特点 亮纹 暗纹 反射光 亮纹 暗纹 透射光 不论反射光或透射光 亮纹和暗纹的条件都与只考虑头两束光干涉时在相应方向形成亮暗条纹的条件相同 因此条纹的位置也相同 多光束干涉条纹特点 细锐 反射率越大 条纹越细锐 可见度好 透射光是黑背景下的亮条纹 1 透射光强度 2 反射光强度 反射光强分布为一组亮背景下的暗条纹 干涉条纹的锐度 锐度的描述 用条纹半宽度 表征 两个半强度点对应的相位差范围 对m级条纹 半强度点 条纹宽度 条纹精细度 R增大 条纹宽度减小 条纹精细度增大 条纹越细锐 易分辨 用于精密测量 3 多光束干涉装置 法布里 珀罗干涉仪 F P干涉仪 G1和G2内表面平行 涂有高反射膜 R 1G1和G2外表面成小棱角 避免反射干扰 观察透射光的多光束干涉 扩展光源 等倾 h可变 干涉仪 h恒定 法 珀标准具 3 1法布里 珀罗干涉仪的应用 1 研究光谱的超精细结构测量波长相差非常小的两条光谱线的波长差 光谱学中的超精细结构 e不能大于e 否则不同级条纹将重叠 e恰好等于e时相应的波长差称为标准具常数或标准具的光谱范围 是它能测量的最大波长差 设含有两种波长 1和 2的光垂直射到干涉仪上 靠近条纹中心 两组条纹的干涉级差值是 e是同级条纹的相对位移 e是条纹间距 能够分辨的最小波长差 m 分辨极限 m值称为标准具的分辨极限 而称为分辨本领 3 1 法布里 珀罗干涉仪的应用 干涉级数 精细度 因子0 97S称为标准具的有效光束数 记为N 采用瑞利判据来判断两条等强度谱线是否被分开 即两个波长的亮条纹只有当合强度曲线中央的极小值低于两边极大值的81 时 才算被分开 理论推导可得 课本P92 例题1 F P干涉仪的反射系数r 0 9 试计算 1 最小分辨本领 2 要能分辨开氢红线 656 3nm 的双线 0 0136nm F P干涉仪的最小间隔为多大 1 2 要想分辨开 分辨本领为 4 薄膜光学基础 薄膜 指涂镀在玻璃或金属光滑表面上的透明介质膜 一 单层膜在一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 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 正入射分析镀膜前与镀膜后的反射率 镀膜前 镀膜后 完全消反射的条件 例题2 在某种玻璃基片 nG 1 96 上镀单层增透膜 要在空气中对波长为600nm的