物理光学4多光束干涉与光学薄膜1

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1、一.法布里—珀罗干涉仪的结构法布里—珀罗干涉仪主要由两块平行放置的平面玻璃板或石英板G1、G2组成。单色扩展光源G1G24.2法布里—珀罗干涉仪(FabryPerotinterferometer)夏尔.法布里CharlesFabry(1867-1945)阿尔弗雷德.珀罗AlfredPerot(1863-1925)1897年发明法布里—珀罗空腔谐振器20世纪50年代中期，肖洛与美国著名物理学家汤斯共同研究微波激射问题。当汤斯提出受激辐射放大原理时，肖洛第一个提出运用没有侧壁的开放式法布里-珀罗腔作振荡器的设想。1960年，他和汤斯研制出第一台激光器。1.法布里

2、—珀罗干涉仪的结构两板的内表面镀银或铝膜，或多层介质膜以提高表面反射率。为了得到尖锐的条纹，两镀膜面应精确地保持平行，其平行度一般要求达到(1/20-1/100)。G1G2F－P干涉仪由两块略带楔角的玻璃或石英板构成。如图所示，两板外表面为倾斜，使其中的反射光偏离透射光的观察范围，以免干扰。实际仪器中，两块楔形板分别安装在可调的框架内，通过微调细丝保证两内表面严格平行；接近光源的一块板可以在精密导轨上移动，以改变空气层的厚度。如果两板之间的光程可以调节，这种干涉装置称为法布里一珀罗干涉仪；如果两板间放一间隔圈，使两板间的距离固定不变，则称为法布里一珀罗标准

3、具。1.法布里—珀罗干涉仪的结构法布里－泊罗标准具（F-P)玻璃板或石英板镀膜（提高表面的反射率）隔圈将它与迈克尔逊干涉仪产生的等顿干涉条纹图比较可见，法布里一珀罗干涉仪产生的条纹要精细很多,但是两种条纹的角半径和角间距计算公式相同。迈克尔逊干涉仪法布里一珀罗干涉仪1.法布里—珀罗干涉仪的结构通常法布里—珀罗干涉仪的使用范围h是l~200mm，在一些特殊装置中，h可大到lm。以h=5mm计算,中央条纹的干涉级约为20000，可见其条纹干涉级很高，因而这种仪器只适用于单色性很好的光源。1.法布里—珀罗干涉仪的结构当干涉仪两板内表面镀金属膜时，由于金属膜对光产生

4、强烈吸收，使得整个干涉图样的强度降低。假设金属膜的吸收率为A，则根据能量守恒关系有相继两光束的位相差为φ为金属表面反射时的相变。A：金属膜吸收率（吸收光强度与入射光强度之比）说明金属吸收使透射光图样的峰值强度降低，严重时只有入射光强度的几十分之一。干涉图样的强度公式为改变，不同波长的最大值出现在不同的方向，成为有色光谱。▲与迈克耳孙干涉仪的比较相当于迈克耳孙等倾干涉，相邻两透射光的光程差表达式与迈克耳孙干涉仪的完全相同，所以条纹的形状、间距、径向分布很相似。相同点：不同点：迈克耳孙干涉仪为等振幅的双光束干涉（为什么？）法布里—珀罗干涉仪为振幅减少的多光束干涉

5、亮条纹极其细锐▲复色光入射随二.法布里一珀罗干涉仪的应用举例由于法布里一珀罗标准具能够产生十分细而亮的等倾干涉条纹，所以它的一个重要应用就是研究光谱线的精细结构，将一束光中不同波长的光谱线分开—分光.1、研究光谱线的超精细结构纳黄光中包含两个相近的波长1=589.0nm和2=589.6nm.干涉级mm+1m+2作为一个分光元件来说，衡量其特性的好坏有三个技术指标：(1)能够分光的最大波长间隔—自由光谱范围；(2)能够分辨的最小波长差—分辨本领；(3)使不同波长的光分开的程度—角色散。1、研究光谱线的超精细结构两个波长为1和2的光入射至标准具，由于两种

6、波长的同级条纹角半径不同，因而将得到如图所示的两组干涉圆环。干涉级mm+1m+2（1）、测量原理可得，m相同时，越大，cost就越大，t就越小，又由于因此，2的干涉圆环直径比1的干涉圆环直径小。设2>1，从光程差方程Lfn0n0nhittP0rr=ft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m1和m2。干涉级差为对应于条纹的位移De于是有：当1和2相差很大，以致于2的第m级干涉条纹与1的第m+1级干涉条纹重叠，就引起了不同级次的条纹混淆，达不到分光之目的。(2)自由光谱范围——标准具常

7、数mm+1所以，对于一个标准具分光元件来说，存在一个允许的最大分光波长差，称为自由光谱范围或标准具常数(Δ)S.R。(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似于卡尺的最大量程。钠灯的双光谱Dl＝6nm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

8、波长差）d1d2GGd1d2GGd1d2GG分