物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)——第2章-5

1、2.4.1 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀SLDG1CEM 2M1M2G2PIII 相對(duì)于半反射面相對(duì)于半反射面A，作出平面反射鏡，作出平面反射鏡M2的虛像的虛像M2 。于是可以認(rèn)為觀察系統(tǒng)于是可以認(rèn)為觀察系統(tǒng) L 所觀察到的干涉圖樣，是由實(shí)所觀察到的干涉圖樣，是由實(shí)反射面反射面M1和虛反射面和虛反射面M2 構(gòu)成的虛平板產(chǎn)生的，虛平板的構(gòu)成的虛平板產(chǎn)生的，虛平板的厚度和楔角可通過(guò)調(diào)節(jié)厚度和楔角可通過(guò)調(diào)節(jié)M1和和M2反射鏡控制。反射鏡控制。 因此，邁克爾遜干涉儀可以產(chǎn)生厚的或者薄的平行因此，邁克爾遜干涉儀可以產(chǎn)生厚的或者薄的平行平板平板(M1和和M2 平行平行)和楔形平板和楔形平板(M1和和M2

2、有一小的夾角有一小的夾角)的干涉現(xiàn)象。的干涉現(xiàn)象。擴(kuò)展光源可以是單色性很好的激光，也可以擴(kuò)展光源可以是單色性很好的激光，也可以是單色性很差的是單色性很差的(白光白光)光源光源。2.4.1 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)M2，使，使M2與與M1平行，觀察到的干涉圖樣是平行，觀察到的干涉圖樣是一組在無(wú)窮遠(yuǎn)處一組在無(wú)窮遠(yuǎn)處(或在或在L的焦平面上的焦平面上)的的等傾干涉圓環(huán)。等傾干涉圓環(huán)。 當(dāng)當(dāng)M1向向M2移動(dòng)時(shí)移動(dòng)時(shí)(虛平板厚度減小虛平板厚度減小)，圓環(huán)條紋，圓環(huán)條紋向向中心收縮中心收縮，并在中心一一消失。，并在中心一一消失。 M1每移動(dòng)每移動(dòng) 的距離，在中心就消失一個(gè)條紋。的距離，在中心就

3、消失一個(gè)條紋。 2/2.4.1 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀 根據(jù)條紋消失的數(shù)目，可確定根據(jù)條紋消失的數(shù)目，可確定M1移動(dòng)的距離。根據(jù)移動(dòng)的距離。根據(jù)(2-26)式，此時(shí)條紋變粗式，此時(shí)條紋變粗(因?yàn)橐驗(yàn)閔變小，變小，eN變大變大)，同一視，同一視場(chǎng)中的條紋數(shù)變少。場(chǎng)中的條紋數(shù)變少。 M1與與M2完全重合時(shí)，各個(gè)方向入射光的光程差均完全重合時(shí)，各個(gè)方向入射光的光程差均相等，所以視場(chǎng)均勻。相等，所以視場(chǎng)均勻。M1逐漸離開逐漸離開M2時(shí)，條紋不斷從時(shí)，條紋不斷從中心冒出，且隨虛平板厚度的增大，條紋越來(lái)越細(xì)越密。中心冒出，且隨虛平板厚度的增大，條紋越來(lái)越細(xì)越密。2.4.1 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉

4、儀 如果調(diào)節(jié)如果調(diào)節(jié)M2，使，使M2與與M1相相互傾斜一個(gè)很小的角度，且當(dāng)互傾斜一個(gè)很小的角度，且當(dāng)M2與與M1比較接近，觀察面積很小時(shí)，所比較接近，觀察面積很小時(shí)，所觀察到的干涉圖樣近似是定域在楔表觀察到的干涉圖樣近似是定域在楔表面上或楔表面附近的一組平行于楔邊面上或楔表面附近的一組平行于楔邊的等厚條紋。的等厚條紋。在擴(kuò)展光源照明下，如在擴(kuò)展光源照明下，如果果M1與與M2的距離增加，則條紋將的距離增加，則條紋將發(fā)生彎曲，彎曲的方向是凸向楔棱一發(fā)生彎曲，彎曲的方向是凸向楔棱一邊，同時(shí)條紋可見度下降。邊，同時(shí)條紋可見度下降。 干涉條紋彎曲的原因如下：干涉條紋彎曲的原因如下： 如前所述，干涉條紋應(yīng)

5、當(dāng)是等光程差線如前所述，干涉條紋應(yīng)當(dāng)是等光程差線,當(dāng)入射光不是平行當(dāng)入射光不是平行光時(shí)，對(duì)于傾角較大的光束，若要與傾角較小的入射光束等光時(shí)，對(duì)于傾角較大的光束，若要與傾角較小的入射光束等光程差，其平板厚度應(yīng)增大光程差，其平板厚度應(yīng)增大(這可由這可由 看出看出)。2cos2nh2.4.1 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀 由圖由圖2-33可見，靠近楔板邊緣的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的入射角較大可見，靠近楔板邊緣的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的入射角較大，因此，干涉條紋越靠近邊緣，越偏離到厚度更大的地方，因此，干涉條紋越靠近邊緣，越偏離到厚度更大的地方，即彎曲方向是凸向楔棱一邊。在楔板很薄的情況下，光，即彎曲方向是凸向楔棱一邊。在楔板很薄的

6、情況下，光束入射角引起的光程差變化不明顯，干涉條紋仍可視作一束入射角引起的光程差變化不明顯，干涉條紋仍可視作一些直線條紋。些直線條紋。對(duì)于楔形板的條紋，與平行平板條紋一樣，對(duì)于楔形板的條紋，與平行平板條紋一樣，M1每移動(dòng)一個(gè)每移動(dòng)一個(gè) /2 距離，條紋就相應(yīng)地移動(dòng)一個(gè)。距離，條紋就相應(yīng)地移動(dòng)一個(gè)。 補(bǔ)償板補(bǔ)償板G2的作用：的作用：消除兩束光消除兩束光和和的不對(duì)稱性。的不對(duì)稱性。 對(duì)于單色光照明，這種補(bǔ)償并非必要；對(duì)于單色光照明，這種補(bǔ)償并非必要；觀察白光條紋時(shí)，補(bǔ)償板不可缺少。觀察白光條紋時(shí)，補(bǔ)償板不可缺少。2.4.1 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀激光比長(zhǎng)儀示意簡(jiǎn)圖激光比長(zhǎng)儀示意簡(jiǎn)圖 M1M2

7、干涉儀干涉儀可移動(dòng)平臺(tái)可移動(dòng)平臺(tái)光電顯微鏡光電顯微鏡記錄儀記錄儀光電計(jì)數(shù)器光電計(jì)數(shù)器激光器激光器待測(cè)物體待測(cè)物體1. 激光比長(zhǎng)儀激光比長(zhǎng)儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2.4.1 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀光纖邁克爾遜測(cè)長(zhǎng)干涉儀原理圖光纖邁克爾遜測(cè)長(zhǎng)干涉儀原理圖 M1DLPM22. 光纖邁克爾遜干涉儀光纖邁克爾遜干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2.4.1 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀馬赫馬赫-澤德干涉儀澤德干涉儀2.4.2 馬赫馬赫-澤德干涉儀澤德干涉儀SPW1A2G2A1G1L2M1M2L1W 1W2NP 例如，為了研究尺寸較大的風(fēng)洞中任一平面附近的空氣例如，為了研究尺寸較大的風(fēng)洞中任一平面附近的空氣渦流，將風(fēng)洞

8、置于渦流，將風(fēng)洞置于M2和和G2之間，并在之間，并在M1和和G1之間的另一之間的另一支光路上放置補(bǔ)償，調(diào)節(jié)支光路上放置補(bǔ)償，調(diào)節(jié)M2和和G2 ，使定域面在風(fēng)洞中選，使定域面在風(fēng)洞中選定的平面上，由透鏡定的平面上，由透鏡L2和照相機(jī)拍攝下這個(gè)平面上的干涉和照相機(jī)拍攝下這個(gè)平面上的干涉圖樣。只要比較有氣流和無(wú)氣流時(shí)的條紋圖樣，就可確定圖樣。只要比較有氣流和無(wú)氣流時(shí)的條紋圖樣，就可確定出氣流所引起空氣密度的變化情況。出氣流所引起空氣密度的變化情況。2.4.2 馬赫馬赫-澤德干涉儀澤德干涉儀馬赫馬赫- -澤德光纖干涉儀的定域溫度傳感器澤德光纖干涉儀的定域溫度傳感器 激光器激光器擴(kuò)束器擴(kuò)束器分束器分束器

9、顯微物鏡顯微物鏡單模光纖單模光纖溫度溫度干涉干涉應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2.4.2 馬赫馬赫澤德干涉儀澤德干涉儀1. 法布里法布里珀羅干涉儀的結(jié)構(gòu)珀羅干涉儀的結(jié)構(gòu)hG2G1L1SPL2 為了得到尖銳的條紋，兩鍍膜面應(yīng)精確保持平行，平為了得到尖銳的條紋，兩鍍膜面應(yīng)精確保持平行，平行度一般要達(dá)到行度一般要達(dá)到(1/201/100) 。每塊玻璃板兩表面通常制。每塊玻璃板兩表面通常制成一個(gè)小楔角成一個(gè)小楔角(1 10 )，以避免無(wú)鍍膜表面的反射光干擾。，以避免無(wú)鍍膜表面的反射光干擾。2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀兩板之間的距離可以調(diào)節(jié)兩板之間的距離可以調(diào)節(jié)法布里法布里- -珀羅干涉儀珀羅干涉儀

10、兩板間的距離固定不變（兩板間放殷鋼制成的空心兩板間的距離固定不變（兩板間放殷鋼制成的空心圓柱形間隔器）圓柱形間隔器）法布里法布里- -珀羅標(biāo)準(zhǔn)具珀羅標(biāo)準(zhǔn)具1. 法布里法布里珀羅干涉儀的結(jié)構(gòu)珀羅干涉儀的結(jié)構(gòu)hG2G1L1SPL22.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀(a) 邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀 (b) F-P干涉儀干涉儀兩種干涉儀中干涉條紋的比較兩種干涉儀中干涉條紋的比較2. 法布里法布里珀羅干涉儀的光強(qiáng)珀羅干涉儀的光強(qiáng)兩種條紋的角半徑和角間距計(jì)算公式相同。兩種條紋的角半徑和角間距計(jì)算公式相同。2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀 條紋干涉級(jí)決定于空氣平板的厚度條紋干涉

11、級(jí)決定于空氣平板的厚度h，通常法布里，通常法布里-珀羅干涉儀的使用范圍是珀羅干涉儀的使用范圍是1200 mm，在一些特殊裝置，在一些特殊裝置中，中，h可大到可大到 1m 。 以以h=5mm計(jì)算，中央條紋的干涉級(jí)約為計(jì)算，中央條紋的干涉級(jí)約為20000，因而這種儀器只適用于單色性很好的光源。因而這種儀器只適用于單色性很好的光源。2. 法布里法布里珀羅干涉儀的光強(qiáng)珀羅干涉儀的光強(qiáng)2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀 當(dāng)干涉儀兩板內(nèi)表面鍍金屬膜時(shí)，由于金屬膜對(duì)光產(chǎn)當(dāng)干涉儀兩板內(nèi)表面鍍金屬膜時(shí)，由于金屬膜對(duì)光產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收，使得整個(gè)干涉圖樣的強(qiáng)度降低。假設(shè)金屬膜生強(qiáng)烈吸收，使得整個(gè)干涉圖樣的強(qiáng)

12、度降低。假設(shè)金屬膜的吸收率為的吸收率為A，則根據(jù)能量守恒關(guān)系有：，則根據(jù)能量守恒關(guān)系有： R + T + A = 12. 法布里法布里珀羅干涉儀的光強(qiáng)珀羅干涉儀的光強(qiáng)2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀 當(dāng)干涉儀兩板的膜層相同時(shí)，由愛里公式可以得到膜當(dāng)干涉儀兩板的膜層相同時(shí)，由愛里公式可以得到膜層存在吸收時(shí)的透射光干涉強(qiáng)度：層存在吸收時(shí)的透射光干涉強(qiáng)度：2sin111122itFRAII2cos4nh 光在金屬內(nèi)表面反射時(shí)的相位變化，光在金屬內(nèi)表面反射時(shí)的相位變化，R金金屬膜內(nèi)表面反射率。可見，由于金屬膜的吸收，干涉圖樣屬膜內(nèi)表面反射率?？梢姡捎诮饘倌さ奈?，干涉圖樣強(qiáng)度降低了強(qiáng)度

13、降低了1 A/(1 R)2 倍，嚴(yán)重時(shí)，峰值強(qiáng)度只有入射倍，嚴(yán)重時(shí)，峰值強(qiáng)度只有入射光強(qiáng)的幾十分之一。光強(qiáng)的幾十分之一。2. 法布里法布里珀羅干涉儀的光強(qiáng)珀羅干涉儀的光強(qiáng)2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀 法布里法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具能夠產(chǎn)生十分細(xì)而亮的等傾干珀羅標(biāo)準(zhǔn)具能夠產(chǎn)生十分細(xì)而亮的等傾干涉條紋，其重要應(yīng)用之一是研究光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，即涉條紋，其重要應(yīng)用之一是研究光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，即將一束光中不同波長(zhǎng)的光譜線分開。將一束光中不同波長(zhǎng)的光譜線分開。2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu) 分光元件的三個(gè)技術(shù)指標(biāo)

14、：分光元件的三個(gè)技術(shù)指標(biāo)： 自由光譜范圍自由光譜范圍 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng) 角色散角色散F-PF-P標(biāo)準(zhǔn)具的兩套干涉圓環(huán)標(biāo)準(zhǔn)具的兩套干涉圓環(huán) 2 1干涉級(jí)干涉級(jí) mm+1m+22.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(1) 自由光譜范圍自由光譜范圍標(biāo)準(zhǔn)具常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)具常數(shù) 當(dāng)波長(zhǎng)為當(dāng)波長(zhǎng)為 1和和 2 ( 2 1)的的光入射至標(biāo)準(zhǔn)具，由于兩種波光入射至標(biāo)準(zhǔn)具，由于兩種波長(zhǎng)的同級(jí)條紋角半徑不同，因長(zhǎng)的同級(jí)條紋角半徑不同，因而將得到兩組干涉圓環(huán)。而將得到兩組干涉圓環(huán)。 允許的最大分光波長(zhǎng)差，允許的最大分光波長(zhǎng)差，稱為稱為自由光譜范圍自由光譜范圍( )f 。 1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)

15、構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu) 對(duì)于靠近條紋中心的某一點(diǎn)對(duì)于靠近條紋中心的某一點(diǎn)( 0 )處處, 2的第的第m級(jí)條級(jí)條紋與紋與 1的第的第m+1級(jí)條紋發(fā)生重疊時(shí)，其光程差相等。級(jí)條紋發(fā)生重疊時(shí)，其光程差相等。)() 1(121fmmmnhmf2)(211因此因此2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(1) 自由光譜范圍自由光譜范圍標(biāo)準(zhǔn)具常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)具常數(shù)例如：對(duì)于例如：對(duì)于h = 5mm的標(biāo)準(zhǔn)具，入射光波長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)具，入射光波長(zhǎng) = 0.5461 m， n = 1 時(shí)，時(shí)， ( )f = 0.310-4 m1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)分光儀器所能分辨開的最小波

16、長(zhǎng)差分光儀器所能分辨開的最小波長(zhǎng)差( )m稱為分辨極限。稱為分辨極限。 m1)(A分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2) 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)兩個(gè)等強(qiáng)度波兩個(gè)等強(qiáng)度波長(zhǎng)的亮條紋只有當(dāng)它們的合長(zhǎng)的亮條紋只有當(dāng)它們的合強(qiáng)度曲線中央極小值低于兩強(qiáng)度曲線中央極小值低于兩邊極大值的邊極大值的81%時(shí)，才算被時(shí)，才算被分開分開 。2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2) 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)兩個(gè)波長(zhǎng)的亮條紋剛好兩個(gè)波長(zhǎng)的亮條紋剛好被分辨開時(shí)的強(qiáng)度分布被分辨開時(shí)的強(qiáng)度分布 I0

17、0.81IMIM GF1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu) 如果不考慮標(biāo)準(zhǔn)具的吸收損耗，如果不考慮標(biāo)準(zhǔn)具的吸收損耗， 1和和 2的透射光合強(qiáng)度為的透射光合強(qiáng)度為: 2sin12sin122i 212i 1FIFII 1和和 2是在干涉場(chǎng)上同一點(diǎn)的兩波長(zhǎng)條紋所對(duì)應(yīng)的相位差。是在干涉場(chǎng)上同一點(diǎn)的兩波長(zhǎng)條紋所對(duì)應(yīng)的相位差。2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2) 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)4sin122imFII因此極小值強(qiáng)度因此極小值強(qiáng)度:在合強(qiáng)度極大值處，在合強(qiáng)度極大值處， 1 = 2m ， 2 = 2m ，2si

18、n12iiMFIII2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例設(shè)設(shè)I1i=I2i=Ii， 1 2= ，則在合強(qiáng)度極小值處，則在合強(qiáng)度極小值處 1 = 2m /2, 2 = 2m /2(2) 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)因此極大值強(qiáng)度因此極大值強(qiáng)度:1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)按照瑞利判據(jù)，兩個(gè)波長(zhǎng)條紋恰能分辨的條件是按照瑞利判據(jù)，兩個(gè)波長(zhǎng)條紋恰能分辨的條件是:%8181. 0MMmIII因此有因此有:(2) 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2sin181. 04sin122ii2iFIIFI由于由于 很小，很小，sin

19、 /2 /2，則，則 NF07. 215. 4N 條紋的精細(xì)度。條紋的精細(xì)度。1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)2cos4|2mhmNmNAm97. 007. 22)( 由于此時(shí)兩波長(zhǎng)剛被分辨開，由于此時(shí)兩波長(zhǎng)剛被分辨開， = ，所以標(biāo)準(zhǔn)具，所以標(biāo)準(zhǔn)具的分辨本領(lǐng)為：的分辨本領(lǐng)為：2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2) 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)由由 ，略去，略去 的影響，有的影響，有:2cos4nh1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu) 分辨本領(lǐng)與條紋干涉級(jí)數(shù)和精細(xì)度成正比分辨本領(lǐng)與條紋干涉級(jí)數(shù)和精細(xì)度成正比。由于法。由于法布里布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的

20、珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的 m很大，所以分辨本領(lǐng)極高。很大，所以分辨本領(lǐng)極高。 例如：例如：h=5mm, N30(R0.9)，=0.5 m，則在接近，則在接近正入射時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)具的分辨本領(lǐng)正入射時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)具的分辨本領(lǐng) ：5106297. 0NhA2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2) 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng) 這相當(dāng)于在這相當(dāng)于在 = 0.5m上，標(biāo)準(zhǔn)具能分辨的最小波長(zhǎng)上，標(biāo)準(zhǔn)具能分辨的最小波長(zhǎng)差為差為0.008 310-4m，這樣高的分辨本領(lǐng)是一般光譜儀，這樣高的分辨本領(lǐng)是一般光譜儀所達(dá)不到的。所達(dá)不到的。1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu) 應(yīng)當(dāng)指出，上面的討論是把應(yīng)當(dāng)指出

21、，上面的討論是把 1 和和 2 的譜線視為單的譜線視為單色譜線，由于任何實(shí)際譜線的本身都有一定的寬度，所色譜線，由于任何實(shí)際譜線的本身都有一定的寬度，所以標(biāo)準(zhǔn)具的實(shí)際分辨本領(lǐng)達(dá)不到這樣高。以標(biāo)準(zhǔn)具的實(shí)際分辨本領(lǐng)達(dá)不到這樣高。 有時(shí)把有時(shí)把 0.97N 稱為標(biāo)準(zhǔn)具的有效光束數(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)具的有效光束數(shù)N。于是：。于是： NmA2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2) 分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu) 角色散定義為單位波長(zhǎng)間隔的光，經(jīng)分光儀所分開角色散定義為單位波長(zhǎng)間隔的光，經(jīng)分光儀所分開的角度，用的角度，用d /d 表示。表示。 d /d

22、 愈大，不同波長(zhǎng)的光經(jīng)分光儀分得愈開。愈大，不同波長(zhǎng)的光經(jīng)分光儀分得愈開。2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(3) 角色散角色散1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu) 可見角度可見角度 愈小，儀器的角色散愈大。因此，愈小，儀器的角色散愈大。因此，F(xiàn)-P 干干涉儀的干涉環(huán)中心處光譜最純。涉儀的干涉環(huán)中心處光譜最純。 2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(3) 角色散角色散 由由F-P干涉儀透射光極大值條件干涉儀透射光極大值條件 ：mnhcos2sin2nhmddcotdd或或不計(jì)平行板材料的色散，兩邊進(jìn)行微分得：不計(jì)平行板材料的色

23、散，兩邊進(jìn)行微分得：1. 研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu) 性能指標(biāo)性能指標(biāo) 中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng) 0 透光率最大透光率最大(TM)時(shí)的波長(zhǎng)；時(shí)的波長(zhǎng)； 透射帶的波長(zhǎng)半寬度透射帶的波長(zhǎng)半寬度透過(guò)率為最大值一半處的波透過(guò)率為最大值一半處的波 長(zhǎng)范圍長(zhǎng)范圍 1/2 ； 峰值透過(guò)率峰值透過(guò)率TM 2）濾光片的作用）濾光片的作用只讓某一波段范圍的光通過(guò)。只讓某一波段范圍的光通過(guò)。 吸收濾光片吸收濾光片利用物質(zhì)對(duì)光波的選擇性吸收進(jìn)行濾光。利用物質(zhì)對(duì)光波的選擇性吸收進(jìn)行濾光。 干涉濾光片干涉濾光片利用多光束干涉原理實(shí)現(xiàn)濾光。利用多光束干涉原理實(shí)現(xiàn)濾光。濾光片的分類濾光片的分類2.4.3 法布里法布

24、里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1、法布里、法布里-珀羅型干涉濾光片珀羅型干涉濾光片全介質(zhì)干涉濾光片全介質(zhì)干涉濾光片金屬反射膜干涉濾光片金屬反射膜干涉濾光片 2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例正入射時(shí)，透射光產(chǎn)生極大的條件為正入射時(shí)，透射光產(chǎn)生極大的條件為 濾光片的中心波長(zhǎng)濾光片的中心波長(zhǎng) 2nh = m m = 1, 2, 3, 濾光片的中心波長(zhǎng)濾光片的中心波長(zhǎng) mnh2相鄰干涉級(jí)相鄰干涉級(jí) ( m = 1) 的中心波長(zhǎng)差的中心波長(zhǎng)差 nh22i2t2sin11IFI = 2m m = 1, 2, 3, 1、法布里、法布里-珀羅型干涉濾光片珀羅型干涉濾光片

25、2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例RRmnhRRnh1212222/1m、R 愈大，愈大， 1/2愈小，干涉濾光片的輸出單色性愈好。愈小，干涉濾光片的輸出單色性愈好。 透射帶的波長(zhǎng)半寬度透射帶的波長(zhǎng)半寬度 FmRRm212/1或或RmnhRcmmcos)1 (2)(222/ 12/ 11、法布里、法布里-珀羅型干涉濾光片珀羅型干涉濾光片2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 對(duì)應(yīng)于透射率最大的中心對(duì)應(yīng)于透射率最大的中心 波長(zhǎng)的透射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比波長(zhǎng)的透射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比考慮膜層的吸收損耗，透射光干涉圖樣強(qiáng)度考慮膜層的吸收損耗，透射光干涉

26、圖樣強(qiáng)度2)11 (RAIITMitM 峰值透射率峰值透射率 TM 2sin111122FRAIIit(2.4-3)得得1、法布里、法布里-珀羅型干涉濾光片珀羅型干涉濾光片2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例一種典型的多層介質(zhì)膜干涉濾光片透射率曲線一種典型的多層介質(zhì)膜干涉濾光片透射率曲線 1、法布里、法布里-珀羅型干涉濾光片珀羅型干涉濾光片2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例幾種干涉濾光片的特性幾種干涉濾光片的特性 1、法布里、法布里-珀羅型干涉濾光片珀羅型干涉濾光片2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例膜厚變化對(duì)截止

27、帶的影響膜厚變化對(duì)截止帶的影響 2、紅外濾光片、紅外濾光片 依據(jù)多層高反射膜的反依據(jù)多層高反射膜的反射率光譜特性，射率光譜特性，膜厚的變化膜厚的變化將改變截止帶的位置。將改變截止帶的位置。 如果如果 nh = 0.22 m，則反射，則反射紅外線而透過(guò)可見光。紅外線而透過(guò)可見光。 如果如果 nh = 0.13 m，膜系反，膜系反射可見光而透過(guò)紅外光。射可見光而透過(guò)紅外光。 2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 在玻璃上鍍高折射率薄膜，可以增大反射率，當(dāng)光在玻璃上鍍高折射率薄膜，可以增大反射率，當(dāng)光束斜入射時(shí)，其反射率的大小因束斜入射時(shí)，其反射率的大小因 p 分量和分量和

28、 s 分量而異，分量而異，并且在某個(gè)入射角上，反射光中的并且在某個(gè)入射角上，反射光中的p分量可以變?yōu)榱?。分量可以變?yōu)榱恪Ｋ?，與只有玻璃板的情況相似，這種高反膜也可以起所以，與只有玻璃板的情況相似，這種高反膜也可以起到偏振元件的作用，到偏振元件的作用， 3、偏振濾光片、偏振濾光片2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 利用物質(zhì)對(duì)光波的選擇性吸收進(jìn)行濾光。例如：紅、利用物質(zhì)對(duì)光波的選擇性吸收進(jìn)行濾光。例如：紅、綠玻璃以及各種有色液體等。綠玻璃以及各種有色液體等。 如果光的如果光的 吸收較大，且吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)有顯著變化，吸收較大，且吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)有顯著變化，稱為選擇性吸收。

29、稱為選擇性吸收。 如對(duì)如對(duì)紅光和橙光吸收少紅光和橙光吸收少，而對(duì)綠光、藍(lán)光和紫光幾，而對(duì)綠光、藍(lán)光和紫光幾乎全部吸收。乎全部吸收。 4、吸收濾光片、吸收濾光片2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2.4.3 法布里法布里-珀羅干涉儀珀羅干涉儀應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(1) 構(gòu)成激光諧振腔構(gòu)成激光諧振腔3. 用作激光器的諧振腔用作激光器的諧振腔激光器及其縱模激光器及其縱模 激光器輸出的縱模頻率實(shí)際上是滿足法布里激光器輸出的縱模頻率實(shí)際上是滿足法布里-泊羅干涉泊羅干涉儀干涉亮條紋條件的一系列頻率。在正入射情況下滿足：儀干涉亮條紋條件的一系列頻率。在正入射情況下滿足： 2nL=m m