物理光学1101

1、等倾干涉,1,等厚干涉,2,3,115 典型的双光束干涉系统及其应用 一、典型干涉系统,1、斐索干涉仪：等厚干涉型的干涉仪（光学零件表面质量的检查）,表面不平度,4,Dh,(2),相邻条纹,相邻两亮纹或暗纹对应的光程差之差 都为l，所以从一个条纹过渡到另一个 条纹，平板的厚度改变,5,（3）条纹间距,（4）,（5）,与楔角成反比与波长成正比,6,球面干涉仪,P,L,Q,等厚条纹观察装置,等厚干涉应用光学零件表面检查,等厚条纹观察装置,牛顿干涉仪,环外扩：要打磨中央部分,环内缩：要打磨边缘部分,9,（1）属于等厚干涉,（2）干涉光束，一个来自标准反射面，一个来自被测面。,条纹分析：,注意应用比例

2、关系,基本特点：,重点掌握：,测量表面平面度、局部误差,应用：,测量平板的平行度和楔角,10,2、迈克尔逊干涉仪（1881）,（1）系统结构， （2）M1或M2垂直于光线移动时对条纹的影响。,特点：,M1 和M2 垂直时是等倾干涉，板厚度很小，楔角不大为等厚干涉，否则是混合型条纹。,掌握：,11,条纹变化,h增大时，条纹外冒，变密,h减小时，条纹内缩，变疏,等倾干涉,等厚干涉,h增大时，条纹向膜较薄的方向移动,h减小时，条纹向膜较厚的方向移动,混合条纹,双臂式分振幅干涉仪,迈克耳逊干涉仪观察等倾干涉,双臂式分振幅干涉仪,迈克耳逊干涉仪观察等厚干涉,迈克尔逊干涉仪,薄片厚度测量原理,若放入薄片前

3、，双臂光程接近于0，则有,迈克尔逊干涉仪,相干光程测量原理,相干光程是产生可以分辨的干涉条纹的二相干光束间的最大光程差，它由光源的非单色性限定。只要测得能够分辨的条纹的最高干涉级，即可得到相干光程。,16,DS,优点：,1）两束相干光完全分开 2）光程差可以由一个镜 子的平移来改变 3）可以很方便的在光路 中安置被测量的样品,应用：,测波长、折射率、厚度,用白光条纹作精密测量,17,3、泰曼干涉仪,通过研究光波波面经光学零件后的变形确定零件质量,结构原理,在迈克尔逊干涉仪的一个光路中加入了被测光学器件 单色准直光照明，使产生等厚干涉条纹，用于检验光学零件的综合质量,检验原理,18,19,4、马

4、赫曾德干涉仪,结构和光路走向如图,适用于研究气体密度迅速变化的状态,利用扩展光源，条纹是定域的,可通过调节M2和G2使条纹虚定域于M2和G2之间,1）大型风洞中气流引起的空气密度变化,应用：,2）可控热核反应中等离子区的密度分布,3）光学全息，光纤和集成光学,20,调节M2，G2，可任意调节定域面,光纤Sagnac干涉仪,激光器发出的光经耦合器分为两束分别耦合进由同一光纤构成的光纤环中，沿相反方向传输，并于耦合器处再次发生干涉。,R1 R2,Sagnac干涉仪的另一个典型应用是光纤陀螺，即当环形光路有转动时，顺逆时针的光会有非互易性的光程差，可用于转动传感,21,保偏光纤,干涉噪声,拍频信号,

5、22,二、其他干涉技术,1、数字波面干涉术,目的：产生移动的干涉条纹，用光电器件探测条纹的变化。 基本原理：利用光学拍频中干涉条纹强度随时间变化的性质。,t,I(x,y,t),条纹是随时间移动的量。,23,相移干涉检测: 直接对反射镜位置进行调制， 干涉相移步长90度,24,2、傅里叶变换光谱仪,组成：,利用傅立叶变换技术，根据干涉效应，分析光源的光谱分布,一台泰曼干涉仪,一套作傅立叶变换的电子计算机处理系统,光源的光谱分布与产生的干涉条纹的强度分布的关系,特点：,光能的利用率高，对于分析气体的极为复杂而强度很弱的红外光谱特别有用,25,通过移动M2，改变D获得W(D)，再通过反傅里叶变换计算

6、出I0(k)。,钠光灯作光源时(时而清晰，时而模糊) ，记录下的强度函数及其相应的光谱图,116 平行平板的多光束干涉及其应用,一、平行平板的多光束干涉,1、干涉场的强度分布 （1）光程差与位相差 （相邻光束之间）,分别是界面的反射率和透射率,（3）各反射光线的复振幅,半波损失,-,d,i,合振幅：,（4）反射光的合振幅与光强分布,（5）透射光的光强分布,2干涉条纹的特点,结论：,反射光和透射光的干涉图样互补,透射光是几乎全黑背景上的一组很细的亮纹组成,反射光是均匀明亮背景上的很细的暗纹组成,实际应用采用透射光的干涉条纹,（1）亮暗条纹的条件与光强对比度,（3）光强分布与 的关系,（2）光强分

7、布与 的关系,随着反射率 的增大，透射光暗条纹的强度降低，亮条纹的宽度变窄，条纹的锐度和对比度增大,二、法布里泊罗干涉仪（一种多光束干涉装置） （一）仪器结构,干涉条纹分析,一系列细锐的等倾亮纹,干涉级次取决于h，干涉级很高，只适于单色性很好的光源,内表面镀金属膜，有反射相位变化 及金属吸收比,相位差为,且有,（二）用作光谱线超精细结构的研究,1、测量原理,设光源中含有两条谱线：l1和l2，l2=l1+Dl,则：标准具在中心附近对应的干涉级为m2和m1。干涉级差为,对应于条纹的位移De,于是有：,2. 自由光谱的范围（能测量的最大波长差）,l2的(m-1)级条纹,l1的m级条纹,自由光谱范围类

8、似于卡尺的最大量程。,钠灯的双光谱Dl6nm,当l1和l2差值非常小的时，它们产生的干涉条纹将非常靠近，如果两个条纹合成的结果被视为一个条纹，则两个波长就不能被分辨。,思路：波长能否被分辨，取决于条纹能否被分辨。,瑞利判据：两个波长的亮条纹只有当它们合强度中央的极小值低于两边的极大值的0.81时，两个条纹才能被分开。,3. 分辨极限和分辨本领（能分辨的最小波长差）,d1,d2,G2,G1,Dd,d1,d2,G,G,Dd,d1,d2,Dd,（二）、干涉滤色光 利用多光束干涉原理制成的一种从白光中过滤出波段较窄的单色光的装置。（类似于间隔很小的F-P标准具） 1、滤色片的中心的波长（透射比最大的波长）,其中对应同一种波长，如l=5.46x10-7m，m1，m2，m3对应的h1，h2