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文档简介

薄膜干涉的应用举例,一透镜表面质量的检测,可利用等厚干涉条纹的条纹形状、条纹数目、条纹移动以及条纹间距等特征检测元件表面的质量,测量微小角度、长度及其变化。,例:,a.透镜表面曲率偏大b.透镜表面曲率偏小,4迈克尔孙干涉仪,一结构与光路,M1、M2镀有高反射率金属层的反射镜,M1可调,M2固定。,G1-分光板,后表面镀半反射膜,与水平方向成45度。,G2-补偿板,与G1有相同的n、h且平行。若非单色光照明G2非常必要,其干涉相当于由M1和M2构成的空气薄膜产生的,等效光路:,干涉发生在假想的空气膜上。反射后,双光束之间光程差为:,G1后表面镀半反射膜,附加光程差与n、h有关。,一般,二干涉图样,a.若hmaxmmax,b.若hmaxmmax,若dm=N,则dh=N/2,测量精度数量级,M1M2M1M2,等倾条纹,2等厚条纹,M1与M2有一个小夹角,当h0或观察面积很小时,可近似看成是等厚干涉。,条纹形状及变化规律与尖劈相同。,M1移动dh=/2,就有一个条纹从观察点移过。,h0时,可看到白光彩色干涉条纹。,三应用,1可测光的波长,透明薄膜的厚度,折射率等。,2可测光波的相干长度max=L0=2/。,5法布里珀罗干涉仪,一法布里珀罗干涉仪的结构,二多光束干涉,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,采用多光束干涉。,双光束干涉的光强:,问题:,多光束干涉,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,三多光束干涉光强分布公式,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:,由上述表达式可见,它们是公比为的无穷等比级数。,透射光合振动的复振幅:,(据斯托克斯公式r=-r,1-r2=tt),透射光强,反射光强,四干涉条纹的特点,1干涉条纹极值位置与有关,相对大小与R有关,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。,当R1时,(1-R)1,当R1时,F(锐度系数)=4R/(1-R)21,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。,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,反射光干涉图样:宽的亮背景上呈现很细的暗纹。透射光干涉图样:宽的暗背景上呈现很细的亮纹。,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。,6激光谐振腔的选模原理,据相干加强条件2nh=mm=1,2,3;=c/满足相干加强的频率为m=mc/2nh(纵模)相邻两纵模间隔q=m+1-m=c/2nh,相邻两纵模间隔q=m+1-m=c/2nh,例:He-Ne激光器中,原子发出的0=4.71014HZ(0=632.8nm)谱线的宽度=1.5109HZ。如果He-Ne激光器的腔长h=10cm,n1。问有多少个纵模输出?如果h=30cm呢?,7光学薄膜,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。,镀膜技术,界面,界面,空气,膜层,基底,膜系,适当选择nh,可使在界面上依次反射和透射的光产生多光束干涉,可使某种光加强或减弱。,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。,单层膜:只有一个膜系的膜。多层膜:有多个膜系的膜。,单层膜和多层膜,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,一单层增反膜与增透膜,即多光束干涉问题在(n0、n、ng、h)一定,i=0时膜系的R=?,为讨论简单仅讨论光波正入射的情况。,此处与F-P干涉仪不同之处在于,膜系两边介质不同。,记:从n0n(r,t)从nn0(r,t)从nng(r2,t2),求单层膜系的R=?,写出反射光的合振幅及光强表达式,写出单层膜反射率表达式,求单层膜系R的思路,详细推导见母国光光学P441,(4.34式),反射光的复振幅,膜系的反射率,两个分界面可以用一个等效分界面(膜系)来表示。,当i=0时可写成,界面,界面,膜系,其中,当n0、ng、一定时,R=R(nh)。,R=Rmax增反R=Rmin增透,若,取:n0=1.0ng=1.5i=0,Rnh曲线如图示,取n0=1.0,ng=1.5,i=0,作Rnh曲线,1增反膜,当nh=(2m+1)/4=(2m+1)(m=0,1,2)时,要求:nng,H膜,可见:(n-ng)R。,镀单层膜ZnS,n=2.34,ng=1.5,R=33%镀多层膜R可达99%以上。,H膜,2增透膜,要求:nng还是nng都相同。,72多层介质高反射膜,由H、L膜交替组成膜系,总层数N为奇数,每层nh=/4,GHLHLHA=G(HL)NHA.,层数R。,例:He-Ne激光器谐振腔的全反射镜N=1519,n(ZnSMgF)对=632.8nm,R99.6%.,73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腔的选频原理构成窄带滤光膜。,F-P标准具,若i=0,=2m=2nh=m,(m=0,1,2)时,则ITmax=I0,已知:,例如2nh=2.4m,哪些波长有Itmax?,F-P干涉滤光片的选模原理,复色光正入射时,只有以m=2nh/m,m=mc/2nh(m=1,2)为中心波长的那些光波才能相干加强透射出去.,控制nh,可选出单一频率的光出射.例如,选中心波长在可见区,可选2nh=0则其它波长的光在紫外区。,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TMTM=Itmax/I0(一般在30%以下),m级亮纹:ITmax=I0=2m,m级亮纹

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