物理光学期末论文

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1、《物理光学》课程论文题目：关于法布里-珀罗干涉仪的探究学院：专业:班级：学号：姓名：关键词：法布里-珀罗干涉仪；光学；谐振；摘要：随着激光技术的发展，光的干涉技术被应用在许多领域。在这些应用中，能够产生良好的多光束干涉效果的法布里-珀罗干涉仪更是被广泛应用于例如激光器谐振腔、精细距离的测定、信号的检测分析，计算气体折射率等。这些应用基本体现了法布里—珀罗干涉仪两个方面的优势，一个是干涉仪中两个平板间的多光束干涉，一个是光束透射出两个平板后的多光束干涉。一．法布里-珀罗干涉仪的原理光学中，法布里－珀罗干涉仪是一

2、种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。法布里－珀罗干涉仪也经常称作法布里－珀罗谐振腔，并且当两块玻璃板间用固定长度的空心间隔物来间隔固定时，它也被称作法布里－珀罗标准具或直接简称为标准具，但这些术语在使用时并不严格区分。这一干涉仪的特性为，当入射光的频率满足其共振条件时，其透射频谱会出现很高的峰值，对应着很高的透射率。法布里－珀罗干涉仪这一名称来自法国物理学家夏尔·法布里和阿尔弗雷德·珀罗。对于法布里－珀罗标准具而言，其透射率随波长的显著变化是由于两块反射板之间多重

3、反射光的干涉。当透射光为同相时它们有相长干涉，对应着标准具透射率的峰值；而当透射光反相时则对应着透射率的极小值。多重反射光彼此是否同相，取决于入射光的频率、光线在标准具内传播的折射角、标准具的厚度及其所用材料的折射率。图1.1法布里-珀罗干涉仪简图法布里－珀罗标准具中，两束相邻的反射光之间的光程差，在不考虑相移时的相位差为：若两个表面的反射比都为，则标准具的透射率函数由下式给出其中：。当相邻两束光之间的光程差为波长的整数倍时，透射率函数有最大值1。在介质无吸光的情形下，标准具的反射率满足：当，也就是光程差为波

4、长的半奇数倍时透射率函数有最小值，此时对应着反射率的最大值在透射率函数上，两个相邻的透射峰值之间的波长间隔被称作标准具的自由光谱范围（FSR），它由下式给出：其中是最近峰值的中心波长。用自由光谱范围除以透射率函数在峰值高度一半时的透射峰宽度（半高宽），得到的值称作细度：.对于较高的反射比（），细度通常可近似为：从这个公式可知反射比越高时标准具的细度越高，对应其透射峰越锐利。此外标准具的品质因数等于谐振频率和半高宽的比值，因此细度也正比于品质因数，这意味着细度代表了谐振腔的耗散，细度越高说明谐振腔的耗散越低。图

5、1.2法布里-珀罗标准具二．法布里-珀罗干涉仪的应用2.1法布里－珀罗干涉仪最常见的应用之一是二项色性滤镜，它是利用物理气相沉积（PVD）方法将一组标准具薄膜镀在光学器件表面。相比于吸收滤镜，这种光学滤镜往往具有更精确的反射和透射频带，特别是当设计恰当时，它们不会像吸收滤镜那样容易造成升温，因为它们可以反射掉那些不必要的波长的色光。二项色性滤镜被广泛应用在光源、相机及天文器材等光学仪器中。2.2在使用波分复用技术的通信网络中，塞取多工机包含了成排的由熔凝石英或金刚石制成的微型标准具。这些标准具边长约为2毫米，

6、嵌入到高精度的微型框架中并发出彩虹色的光泽。这类材料能够保持两个反射镜之间距离的高度稳定性，从而使标准具的谐振频率在环境温度变化时也保持高度稳定。金刚石的优越性在于，它具有更好的导热性而仍拥有较低的热膨胀系数。2005年起，有些通信仪器公司开始采用光纤本身作为固态标准具，这种设计的好处是减少了大部分嵌入、准直和冷却带来的困难。2.3光学波长计通常可由多至五台法布里－珀罗干涉仪的组合来构成，这些干涉仪的共振频率两两具有10倍的间隔。待测光束被一面圆柱透镜发散后，它在这些法布里－珀罗干涉仪中发生各自的干涉，所产生

7、的亮纹的间距则被一台CCD相机所记录，由此可以确定入射光的波长。2.4当激光谐振腔采用平行平面腔的结构时，它可认为是一种法布里－珀罗干涉仪，虽然对于很多激光器而言，其中一面反射镜的反射比可非常接近100%，从而这种谐振腔更像是一种Gires–Tournois干涉仪。半导体激光器有时会采用法布里－珀罗干涉仪的几何结构。2.5法布里－珀罗标准具可用来产生单模激光。在没有标准具的情况下，激光器产生的激光频谱会出现展宽，从而使谐振腔内的激光产生多种模式。使用标准具后，在细度及自由光谱范围都适当的情形下可以抑制其他模式

8、的产生，使谐振腔内的激光工作在单模情形下。2.6在光谱学中法布里－珀罗标准具可以使光谱仪的分辨本领得到显著提升，从而可以分辨出波长差极细微的光谱线，例如塞曼效应。2.7在天文学中法布里－珀罗标准具可以用来作为一种窄频滤镜，从原子跃迁的多条谱线中过滤出所需的谱线并使之成像，最常见的例子是太阳的H-α线以及Ca-K线。2.8在引力波探测中，采用法布里－珀罗谐振腔可以用来在毫秒量级的时间上储存光子，使其在