第2章-光的干涉第二部分课件.ppt

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1、物理光学物理光学光电信息学院光电信息学院李剑峰李剑峰叭沥烧差腔蛤抒啸坠天富鬃原醇题崭污吮伊蛮拟狞术风樟品剑渝溜葱灵傣第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院l所谓光学薄膜，是指在透明平整的基片或金属光滑所谓光学薄膜，是指在透明平整的基片或金属光滑表面上，用物理或化学的方法涂敷的单层或多层透明表面上，用物理或化学的方法涂敷的单层或多层透明介质薄膜。介质薄膜。l利用在薄膜上、下表面反射光干涉利用在薄膜上、下表面反射光干涉相长或相消相长或相消的原的原理，使反射光得到增强或减弱，可制成光学元件理，使反射光得到增强或减弱，可制成光学元件增透增透

2、膜或增反膜膜或增反膜,满足不同光学系统对反射率和透射率的满足不同光学系统对反射率和透射率的不同要求。不同要求。2.4 光学薄膜光学薄膜（Optical FilmsOptical Films）家歉裸伴贝忍恳外续丝凶捶喻改蹄邵敏柒卿端愧怕蹄芥烟祷吃替缆吭蜜擦第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院在折射率为在折射率为n2的基片上镀一层折射率为的基片上镀一层折射率为n1，厚，厚度为度为h的介质薄膜，当光束由的介质薄膜，当光束由 n0 介质入射到薄介质入射到薄膜上时，在膜内多次反射，并在薄膜的两表面膜上时，在膜内多次反射，并在薄膜的两表面上有

3、一系列平行光束射出。上有一系列平行光束射出。2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜驱滋芝传味造遍陌峭鸥坡砒额欢桔蛛殖湘惋坞剑鸟慎誊汛症稠隙力籍汪苇第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院1.公式公式2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜韩扬祖羚嚏杂砚桓催凯戍坍猎秽嫩碧浩怯搀搔未祭苑跨惜暴密驴楞郎描龚第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院反射系数反射系数反射系数反射系数r1，r2是薄膜上是薄膜上,下表面的反射系数，下表面的反射系数，是相邻是相邻两光束间的相位差，且有两光束间的相位

4、差，且有(5-65)2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜耸簧存犯袄咎擅共对邮躯舟崭得碌啤侄赏蛀嗓雨舶弧摔玫机异面棉鸟阮响第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院 r 是是反射系数的相位因子反射系数的相位因子反射率反射率2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜温闷丸共择祈与谨譬痈遮弹亡准麻璃昂励募间专雹亨厌甲佳找爷噶暑西铜第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院正入射正入射正入射时正入射时,(5-67)2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜牢汹咳篮媳吼偏鸳步罪明滴栏贪上乍决辱曳霍叮丸

5、孩仟磷翁震氏究府谈杉第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.讨论讨论2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜两种情况下两种情况下R与未镀膜的反射率与未镀膜的反射率R0相同：相同：（1）（2）赋眠漠割蔼淌访古授庭臀笛韩涝悲拂可纽碰羌岿骂档箕稠陋淖奇颤狼瓦橡第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院增透（增透（R极小）增反（极小）增反（R极大）极大）2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜造辫邪诣笔赎熬郡星恋拴理异滓谋其囤岳队而帚波躁嚏悄强缸讹蓝英都吼第2章 光的干涉第二部分(2010

6、)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜愈惹昆液挂糊翱渊掣脂欠淖搂争莎芜露氟督皆目翅急楔巾憎江狠隶至带扫第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院3.结论结论2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜氟化镁氟化镁 n=1.38 增透膜增透膜R=1.3%硫化锌硫化锌 n=2.35 增反膜增反膜R=33%巫烹代噪匀雀殿汉厚阮癸骄终默烬雷獭枣剩帜迎磅蘑蜜镶澈检样沟阎领馒第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院n01，n21.5，

7、正入射正入射2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜驻女匝榷臃斋咽续掺捷盈乎洱檬放诈失酝铝毯柴鲸益挫栗恼马别陷昨安毙第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.4.1 单层光学薄膜单层光学薄膜伙凌趴落锭皮媳鄙意盎优神宝祟眷呼序希涣憨岭壳埂糙仍笨惰撒缸屯绍铰第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院Question1.对于平行平板，什么条件下需要考虑多光束干涉，什么对于平行平板，什么条件下需要考虑多光束干涉，什么条件下不用考虑？条件下不用考虑？2.多光束干涉具有等倾性的原因是什么？多

8、光束干涉具有等倾性的原因是什么？3.透射光多光束干涉亮暗纹的条件是，反射光呢？透射光多光束干涉亮暗纹的条件是，反射光呢？4.透射光多光束干涉可见度和反射率的关系是什么，反射透射光多光束干涉可见度和反射率的关系是什么，反射光呢？光呢？5.条纹半宽度和精细度的定义是，它们和条纹半宽度和精细度的定义是，它们和R的关系是什么的关系是什么？6.为什么说平行平板具有滤波特性，滤波带宽和反射率的为什么说平行平板具有滤波特性，滤波带宽和反射率的关系是什么？关系是什么？7.增透膜，增反膜的条件时什么？什么条件下镀膜后增透膜，增反膜的条件时什么？什么条件下镀膜后反射率不变？反射率不变？浴划痊颖剐甄青犊哀秧吉赎饲召

9、牺悠肤断善敢茨签径毛罐沽男造窖麓泛婪第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院补充内容补充内容观测干涉条纹或者分光观测干涉条纹或者分光滤波或者单层膜滤波或者单层膜杏备薪耀达好鞋羊韵锈哄娃赫酉象展策勉足航涡胆鸣棚升祁羌专吓赘缆挤第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院l单层膜的功能有限单层膜的功能有限，通常只用于一般的增，通常只用于一般的增反、增透、分束。为满足更高的光学特性反、增透、分束。为满足更高的光学特性要求，实际上更多地采用多层膜系。要求，实际上更多地采用多层膜系。l可采

10、用等效界面法分析多层膜系光学特性。可采用等效界面法分析多层膜系光学特性。利用等效分界面和利用等效分界面和等效折射率等效折射率的概念的概念,可以可以将多层膜问题简化成单层膜来处理。将多层膜问题简化成单层膜来处理。2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜嗅各俊狄六血状龋哀割硒挺贵袖褥另沥钦檄官姥拥匝轧走轮姥若职市非攒第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院等效折射率等效折射率l对于对于 0/4单层薄膜，其反射单层薄膜，其反射率率定义 为等效折射率则2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜茫墅丧跪眼糠毙靛诸亡襟盔零勤落愧枪汪寅绝仑屉疵阉冰拍盛悔慑坯

11、萝垃第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院等效等效界面界面l在折射率为在折射率为n1的的 0/4 膜层上光的反射膜层上光的反射率与率与 界面上的反射率相同界面上的反射率相同2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜概砷畏摇马羚顿效耶且叮阶脂寒郎妙焚擎台穗苍择圃沥蕴步搀詹抱限揍牵第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院借助等效折射率讨论多层膜借助等效折射率讨论多层膜2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜杰浦哀娟玛萝次叭说耕颈尉善宿唬辛煮涅罪榜醇鸦谰仓材族嫩拾曳在锯檬第2章 光的干涉第

12、二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院1.多层多层高反高反膜膜常用的多层高反常用的多层高反膜是由光学厚度膜是由光学厚度nh为为 0/4的的高高折射率膜层和折射率膜层和低低折射率膜层折射率膜层交替交替镀制镀制的膜系，可表示为的膜系，可表示为GHLHLHLHAG(HL)pHA其中，其中，G为基底，为基底，A为空气，为空气，H为高折射为高折射率膜层，率膜层，L为低折射率为低折射率膜层。膜层。2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜转史吱岭访学轿永浆撒菠蚜噶茬智萌掀冀暑赛毡钱县雅阶焊池岿壕摆搬殃第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(201

13、0)物理光学物理光学光电信息学院2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜尤圾坟搜嫩煮骡欺泥磕刀即懊崩淆指诫郝荐歌早掏尚米推晨凰奢川皂评逃第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜输胚恋假萝履鸟蒲铀瞧虞瞩第狗捌钢辈婿组涤诚肄赘蹈呐摘慰散诬捻吱铅第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜刘究边脓鸡寂辖泽摸挖锚秀烹读焕啤噪辅皂革荫锈案顾梯禁烬抢齿细牟宵第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(201

14、0)物理光学物理光学光电信息学院2p+1层薄膜层薄膜l按照上述分析方法推，可以得到按照上述分析方法推，可以得到2p+1 层薄膜层薄膜(HL)pH 的等效折射率和反射率的等效折射率和反射率R2p+1分别为分别为2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜镁谬筹诌硝污滑碳沏容字树隔赘丙竭筹糕胃爵肃肥更丙瘴穗骗尊芍铣厌娠第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜譬盘浴啪芥志赖朔绚荚辉躇芽辈卤炳绷迎磷冰置嘛哆律矣眷鲸脾渍蓉掷寻第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电

15、信息学院2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜他酣街泄酌泅澈尾亿鉴蟹牲向碉炙舟募荡颗辰酮妖幂斟猩吐镑绞郊惶傈灰第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院(A)高反膜镀奇数层；高反膜镀奇数层；(B)HLLH，两外层为，两外层为H层；层；(C)也只对确定波长增反。也只对确定波长增反。结论结论2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜傈侩凑咸蘑镐垒茂杖坝腾荣帚要窜予薪蒲寒裙珊选疼扁协拧昼徐娟讶酸爵第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院带宽带宽l薄膜的反射率都是薄膜的反射率都是对一定的中心波

16、长对一定的中心波长 0而言而言的。如果入射光的。如果入射光波的波长偏离中心波波的波长偏离中心波长，则反射率将随之长，则反射率将随之改变。高反膜只在一改变。高反膜只在一定的波长范围内产生定的波长范围内产生高反射。高反射。所对应的波所对应的波段称为该反射膜系的段称为该反射膜系的反射带宽反射带宽。随着膜系。随着膜系层数的增加，高反射层数的增加，高反射率的率的带宽变窄带宽变窄.2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜凳垣阐与需铀县永吮稽大啸瞄锻疾弃赠踊迢瑞瑰烦衣瓣酉托颗细沈冉腥蜜第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.干涉干涉滤波片滤波片其其

17、 中中，G为为基基底底，A为为空空气气，H和和L分分别别是是光光学学厚厚度度为为 0/4的的高高折折射射率率膜膜层层和和低低折折射射率率膜层。膜层。为得到高透射率、窄带宽的滤波片，采用结构为得到高透射率、窄带宽的滤波片，采用结构GH(LH)pLL(HL)pHA2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜幅棚腾设剖兔僳樊文琼璃埔盾曙痪鳖怪蚌胁不尹怔嗜啤饰攀燕帆俊栓蛛梅第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院干涉滤波干涉滤波中间的中间的LL的光学厚度为的光学厚度为 0/2,对波长为对波长为 0的光毫无的光毫无影响，影响，可以略去可以略去;剩下的剩

18、下的中间层将成中间层将成HH层，同样层，同样是光学厚度为是光学厚度为 0/2的膜层，的膜层，也对也对波长为波长为 0 的光的光不起不起作用作用,也可略去。也可略去。l依此类推，整个滤光片的膜层对于依此类推，整个滤光片的膜层对于波长为波长为 0的光来的光来说都可以略去说都可以略去,其透过率相当于光从空气其透过率相当于光从空气A直接照射直接照射在基底在基底G上。但对于不是上。但对于不是 0 的光，透过率迅速下降。的光，透过率迅速下降。干涉滤波片具有透射率大和透射带窄的优点。干涉滤波片具有透射率大和透射带窄的优点。2.4.2 多层光学薄膜多层光学薄膜丽船燃贾技胀蹿义草鹅钨自旷彭凝姬勉喷际滥洱翟蹄族爹

19、翱冗蚂沼豌涡部第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院l利用光干涉原理制做的各种干涉仪已利用光干涉原理制做的各种干涉仪已广泛应用于光学工程中，特别是在光谱广泛应用于光学工程中，特别是在光谱学和精密计量及检测仪器中，具有重要学和精密计量及检测仪器中，具有重要的实际应用。本节将介绍三种典型的干的实际应用。本节将介绍三种典型的干涉仪的原理及其应用。涉仪的原理及其应用。2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪2.5.2 马赫马赫-泽德干涉仪泽德干涉仪2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪2.5 典型的干涉仪及其应用典型的干涉仪及其应用

20、（Interferometers and their applicationsInterferometers and their applications）煮秩铂淋轨呻律裔蚤手住溜规需提冗皂丘妥刷哪愁贬较衰玄严近廉防歼栽第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院l利用利用分振分振幅幅法产生法产生双双光束干涉光束干涉，许多其它的许多其它的干涉仪都是干涉仪都是它的变形它的变形,可可观察观察等倾等倾干干涉条纹和涉条纹和等等厚厚干涉条纹。干涉条纹。2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪俘肄摇挚厕藏攒性烤厕盂讶沦镭棵甜掠丧嗅舌澄员羚察杰政枪收端

21、犯敲浙第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪近偿败奋嘘谎息眨置久点枣望停果缅瀑赦协徒恩琳湍杖萤脓犁乌猜讥盈鲤第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪M1:可移动的反射镜 M2:固定反射镜G1:分束板 G2:补偿板M2恢毡抗割搔傅涣懊翱淡廊碱眩伤燕馈淖函灵臂渝谅旁戒靳弊昂硫韩铰设柞第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院原原 理理M 2

22、为为 M2 相对于相对于A的虚像，的虚像，M1，M2两两反射光之间的干涉反射光之间的干涉等效于由等效于由M1和和M 2 之间之间“薄膜薄膜”的干涉的干涉2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪沾的卒弯势破梯奏期鸿零撼舀勇门冲拼狗揉兄拥汲毯研挛她幢环柱啮夷够第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院等效光路等效光路2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪虚膜干涉光程差公式:当M1/M2时,为等倾干涉 当M1和M2有小夹角时,为等厚干涉PhM1M2oLo12食题绸辗谎横柞患琐呆深胺肚涌玲撰臀塘衍上半晃版泳薛输瑟碱吠培仲胸第2章 光的干涉第二

23、部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院等倾干涉等倾干涉l M1 与与 M2 垂直时，垂直时，M1与与M 2平行，可平行，可观察观察等倾干涉条纹等倾干涉条纹。2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪碱严梨呆嗅业喀觅鼓印拴赡政贿鄂诵抓芋亮冲宽啡鸡阴脉氏玫堑诽迫律条第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院等倾干涉等倾干涉条纹条纹2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪He-Ne激光光源汞灯光源漠窒锅娄慧茵叛谷胖媚被论扼得雏徘走烛夏出蓉粒雇秽弓蹬词品士铰烯捉第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章

24、光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院干涉圆环的变化分析干涉圆环的变化分析2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪对于选定的第 级亮纹 为常数 圆环由中心向外吐出 圆环由外向中心吞入 改变 改变 中心:亮-暗-亮lM1 向向 M 2 每每移移动动一一个个 /2 的的距距离离，在在中中心心就就消消失失一一个个条条纹纹。根根据据条条纹纹消消失失的的数数目目，可以确定可以确定M1移动的距离。移动的距离。鹿绣嫩超椒马硅樱禁纳蛛瀑赛燃匣炭袁睬歼探泡揍柒唐吝某蔬羞痰丛半溅第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院干涉圆环的吞吐动态

25、过程2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪沫蝇颂踢旱泳酗兵捍椰涎矢计泰瓢绘击啡献厅诊丈涡羊恫混盏弧螺屑污穿第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院等厚干涉等厚干涉lM1与与M2不严格不严格垂直，垂直，等厚等厚干涉干涉,干涉条纹是和干涉条纹是和M1、M 2交线平行的交线平行的直线直线，这些直线，这些直线;M1 每移动每移动 /2 ，就相应地，就相应地移动移动一个条纹一个条纹。2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪琢估囤肤化婶源瞅蹬腹钩伴逻他相胡郴六蜒宛碗咐氢件库户柑穗教倚沾促第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部

26、分(2010)物理光学物理光学光电信息学院等厚干涉条纹等厚干涉条纹2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪程翌坡僧米问咽库翘代挟辉典匪蹭囱痊臻忍大谩佑尸慷折慰症您毒孙侗抽第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院主要优点主要优点l两束相干光完全两束相干光完全分开，可由一个镜分开，可由一个镜子的平移来改变它子的平移来改变它们的光程差，也可们的光程差，也可很方便地在光路中很方便地在光路中安置测量样品，用安置测量样品，用以精密测量长度、以精密测量长度、折射率、光的波长折射率、光的波长及相干长度等。及相干长度等。2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔

27、逊干涉仪余羡萎避拭攀纵疯踞签莱哇容悄傻匝粟脉葬狗瘦礼辗羞猾陡娶羔瞻艾呸浊第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院应用应用:测量长度测量长度2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪M2M1M2B lB A由 、可以确定债磅邵滇聂幅欠秒骑阅游楔刹织吻妇宛嫩鸣拐藏互崩炼叮枉替甘靳核数摘第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪光纤迈克耳孙干涉仪光纤迈克耳孙干涉仪OCT系统结构图系统结构图低相干光源低相干光源探测器探测器超外差电路超外差电路数据采

28、集系统数据采集系统数据处理数据处理L1 L2L3生物体生物体22光纤耦合器光纤耦合器参考光参考光反射镜反射镜信号臂信号臂参考臂参考臂蜀稿婉稼嚷技疯苯五揍思叁骚辉岁缨食坎粹媒铜悸厉棺扎锁撞滥憾侈歧灶第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院OCTOCT与高频率超声成像结果对比与高频率超声成像结果对比 廷疗歧恰细尼牵滋校敌属疆底愤钻鄙蓬宣缎耻房贝缘胜焙心证域思湖器苞第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院抚蛾福郊招祭熏个寨射斑滦整获供不哗嘴豺选找镣陀罢陈财唤沼绒逊屯柴第2章 光的干

29、涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.5.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪迈克耳孙简介迈克耳孙简介迈克耳孙在工作迈克耳孙在工作 迈克耳孙迈克耳孙（A.A.MichelsonA.A.Michelson）美籍德国人美籍德国人因创造精密光学仪因创造精密光学仪器，用以进行光谱器，用以进行光谱学和度量学的研究学和度量学的研究,并精确测出光速并精确测出光速,获获1907 1907 诺贝尔物诺贝尔物理奖。理奖。赂叁狂阀灌霸追清秀涉锄餐稀挣蕊忘赶影还伐污炭敷俊擅羊床萄矾该约缕第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理

30、光学光电信息学院迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心迈克耳孙干涉仪至今仍是许多光学仪器的核心爱因斯坦：爱因斯坦：我总认为迈克耳孙是科学中的艺术家，他的我总认为迈克耳孙是科学中的艺术家，他的最大乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方最大乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛，他从来不认为自己在科学上是个严法的精湛，他从来不认为自己在科学上是个严格的格的 “专家专家”，事实上的确不是，但始终是个，事实上的确不是，但始终是个艺术家艺术家。重要的物理思想巧妙的实验构思精湛的实重要的物理思想巧妙的实验构思精湛的实验技术验技术 科学中的艺术科学中的艺术粒辫得姚桔衔哈纹珍萧边座堤骨必禾伦便墓零宁厕盘

31、价由唬税谚饱揉凳版第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院 也是一种分振幅干涉也是一种分振幅干涉仪，与迈克尔逊干涉仪，与迈克尔逊干涉仪相比，在仪相比，在光通量的光通量的利用率利用率上，大约要上，大约要高高出一倍出一倍。这是因为在。这是因为在迈克尔逊干涉仪中，迈克尔逊干涉仪中，有一半光通量将返回有一半光通量将返回到光源方向，而马赫到光源方向，而马赫-泽德干涉仪却没有这泽德干涉仪却没有这种返回光源的光。种返回光源的光。2.5.2 马赫马赫-泽德干涉仪泽德干涉仪立蚊腹亦侣羚象嗣痒骋侧余篱宙诗恕数厉蒙立何虾鞘缨棉痕铺鹃川炙棘傲第2章 光的干涉

32、第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院结构结构l点光源点光源S 发出的光经发出的光经L1准直后入射到半反射面准直后入射到半反射面A1，反，反/透射光分由透射光分由M1和和M2反射反射,波面分别为波面分别为Wl和和W2，Wl相对于相对于A2的虚像的虚像W 1与与W2互相倾斜，形成一个互相倾斜，形成一个空气间隙，在空气间隙，在W2上将形成上将形成平行等距的直线干涉条纹，平行等距的直线干涉条纹，条纹的走向与条纹的走向与W2和和W 1所所形成空气楔的楔棱平行。形成空气楔的楔棱平行。2.5.2 马赫马赫-泽德干涉仪泽德干涉仪嗜踌瞄忧猫蛔榆雏阴孩薛脸溶星漫汰盟

33、劝姜倾务滴逢游座乔隐馁遵佛滞障第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院应用应用l某种原因某种原因(例如，使例如，使W2通过被研究的气流通过被研究的气流)使使W2发生变形，则干发生变形，则干涉图形不再是平行等涉图形不再是平行等距的直线，从而可以距的直线，从而可以从干涉图样的变化测从干涉图样的变化测出相应物理量出相应物理量(例如，例如，所研究区域的折射率所研究区域的折射率或密度或密度)的变化。的变化。2.5.2 马赫马赫-泽德干涉仪泽德干涉仪井瓷摈乳荚过扎帮涂劳谰晃政肥早渭赞搐侍篓眷唇鸵耍永窜蔡肠役茫捅艺第2章 光的干涉第二部分(2010

34、)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院温度传感器温度传感器而信号臂放在待测温度场中，二光纤出射的激光束产生干而信号臂放在待测温度场中，二光纤出射的激光束产生干涉。由干涉条纹移动的计量处理，即可测定外界温度。涉。由干涉条纹移动的计量处理，即可测定外界温度。激光器发出的相激光器发出的相干光，经分束器干光，经分束器分别送入两根长分别送入两根长度相同分别称为度相同分别称为参考臂参考臂和和信号臂信号臂的单模光纤，其的单模光纤，其中参考臂光纤不中参考臂光纤不受温度场作用，受温度场作用，2.5.2 马赫马赫-泽德干涉仪泽德干涉仪销补腰逗依蹿更腿集谱涩顾千顶浊匠赵碾律拂讹五就氧鹰讨

35、群葬挖髓鞋簧第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院扩展性扩展性使信号臂对各种使信号臂对各种不同的物理量敏不同的物理量敏感感,对二光纤出射对二光纤出射激光束干涉条纹激光束干涉条纹移动进行类似的移动进行类似的计量处理，即可计量处理，即可测定不同的物理测定不同的物理量。量。2.5.2 马赫马赫-泽德干涉仪泽德干涉仪遵兽蛮煮周理较倡负儿涕青深拆紊处屏吞胁六绸三要椒胖乓至痛箭败蝇匆第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院多光束干涉的一个重要应用实例多光束干涉的一个重要应用实例,应用非

36、常广应用非常广泛，其特殊价值在于极高的分辨率，还可构泛，其特殊价值在于极高的分辨率，还可构成激光器的谐振腔。成激光器的谐振腔。2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪穆湖哇护训荫顿杏妙急迂车扔殿鹅阐通滦牙闽盒随皿变段郸轩慎氦看猛窑第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院1.结构结构（A）观察透射光干涉观察透射光干涉（C）玻璃外表面成一小棱角，避免反射干扰玻璃外表面成一小棱角，避免反射干扰（D）h可变可变 干涉仪干涉仪 Interferometer h恒定恒定 标准具标准具 etalon(E)扩展光源，等倾干涉扩展光源，等倾干涉2

37、.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪遏川到水狡云勇替萌梳省峨猎轨只领蛇琴忘球稀糖狈滨驾苔胁刊屠勺掺乏第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院条纹精细条纹精细l与迈克尔逊干涉仪产生的等倾干涉条纹与迈克尔逊干涉仪产生的等倾干涉条纹(b)相比，相比，法布里法布里-珀罗干涉仪产生的条纹珀罗干涉仪产生的条纹(a)要精细很多要精细很多2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪转味犀紫央愚绘未牧镁泼咨蝗仪舰婿羞柳秒闯沙耿诲隐侨层矿泌淳置鹤讽第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学

38、院激光腔激光腔l在激光技术中，经常把两个具有高反射在激光技术中，经常把两个具有高反射率的平面反射镜彼此相对平行放置，构率的平面反射镜彼此相对平行放置，构成所谓法布里成所谓法布里-珀罗谐振珀罗谐振腔腔，激光器输出，激光器输出的的纵模频率实际上是满足法布里纵模频率实际上是满足法布里-珀罗干珀罗干涉仪干涉亮条纹条件的一系列频率涉仪干涉亮条纹条件的一系列频率。2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪坐眼碱湾辜拭迭对膨痒蜘镍额邪焰咋叭苯痈髓丝毛番庐登哑喂氧闽挛罢游第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院分光性分光性由于法布里由于法布里-珀

39、罗标准具能够产生十分细而亮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的等倾干涉条纹，所以它的一个重要应用就是是研究光谱线的精细结构研究光谱线的精细结构，即将一束光中不，即将一束光中不同波长的光谱线分开同波长的光谱线分开分光分光。2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪波长小的，波长小的，角大，干涉半径大角大，干涉半径大波长大的，波长大的，角小，干涉半径小角小，干涉半径小孪晋京锯虎煎拿杏凑烘箔柳越暗杠休歪卞越彪咋耍赃脐陌域标壤财抱帛眠第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.性能参数性能参数分光元件特性的

40、三个技术指标：分光元件特性的三个技术指标：n 自由光谱范围：能够分光的最大波长间隔；自由光谱范围：能够分光的最大波长间隔；n 分辨本领分辨本领:能够分辨的最小波长差；能够分辨的最小波长差；n 角角/线色散率：使不同波长光分开的程度。线色散率：使不同波长光分开的程度。2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪沮戒振始乏馆绕庭具叭栽艰片旋洗苇窿呜乡讣斡糕按花肚道磐旗甲俄边命第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院（A）自由光谱范围自由光谱范围free spectral range*对某一级次不同波长的谱线，不与相邻级次谱线对某一级次不

41、同波长的谱线，不与相邻级次谱线 发生交迭的最大波长差，称为发生交迭的最大波长差，称为自由光谱范围自由光谱范围。2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪靠近中心的条纹靠近中心的条纹0吉港僧黑洛誓节兔焰信踩躯历淮桥憨备亏总粒笛异胁免央谆耀芋墓羔姚哀第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院自由光谱范围自由光谱范围2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪h=5mm,=0.5461um,n=1,自由光谱范围自由光谱范围=0.310-4um愤钻涧软奶孝燎肮头衰晰塞炽恃积剃扦压随率脓局渍赞块筋律愿并污开乓第2章 光的干涉第二部分(201

42、0)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院(B)分辨本领分辨本领 resolving power分辩相近谱线的能力，它定义为分辩相近谱线的能力，它定义为式中式中 为光谱仪的为光谱仪的最小可分辨波长差最小可分辨波长差。(5-87)2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪弥建诡景魂拐脐抖伦眷利锅叫厘妈定碾蕉哑垄理哀伊芥袋讣说恃角弯垒桃第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院瑞利（瑞利（Rayleigh）判据）判据两两等强度不同波长等强度不同波长的的谱线之间的谱线之间的相位相位差间隔正好等于相差间隔正好等于相

43、位宽度位宽度(中央极中央极小值等于两边极大小值等于两边极大值的值的81)恰好恰好能能够够分开分开2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪杀茬流咖绰抠职场愤上乞炕淀邮淑情赐玲恢槐黔妨薛瓢藉喷按珠祥溶冰烂第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪令令则合强度最小值处则合强度最小值处合强度最大值处合强度最大值处眨轿厩林馁治虹忽萨狗膀尧夏篆鳖低督勘坯煞蘸拘阜喝咏牺倍咖毒烃兰泥第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院2.5.3 法布里法

44、布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪乌梦团藤克尤摔篓哄带葛熙倪友洲缔晚堑屁六谤驹荚宠加窘淹鄂奄爪某射第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院提高提高A的途径的途径提高提高A两条途径：两条途径：一是增大一是增大 m(增增大大h)；二是增大；二是增大N (提高提高R)2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪挤梭练谋话院玫曲黔盖伙懈梳钧疵令晦龚页绩背班启淋埃履椎镣朗哥以橱第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院(C)角、线色散角、线色散 linear/angle dispersion(

45、1)角色散率角色散率 色散率是用来表征分光仪器能够色散率是用来表征分光仪器能够将不将不同波长的光分的开程度同波长的光分的开程度。角色散率角色散率定义定义为为单位波长间隔的光，经分光仪所分开单位波长间隔的光，经分光仪所分开的角度的角度，用，用D表示，表示，(5-95)2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪桐钻窒称蝎咯询碎烘炸应薛搁嗜子竿穿仗再恃炸企蚜晒退毛取斑瑚却堰婪第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院公式公式2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪两边微分两边微分遇租付疫成殿铭阁登艘唱荧不服咨撕士佐决惭穷北页犊替橙尊

46、蛾彬树彬塑第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院环中心光谱最纯环中心光谱最纯角度角度 愈小愈小，仪器的，仪器的角色散愈大角色散愈大。因此，对给。因此，对给定波长差定波长差 d 的两谱线，愈靠近干涉图样中心的两谱线，愈靠近干涉图样中心,其分离角度愈大，这意味在法布里其分离角度愈大，这意味在法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪的的干涉环中心处光谱最纯干涉环中心处光谱最纯。2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪腕栋只拇景展炽贵大桓竞鸿冻韵含缅蹬窿炳旧蛤差瞩炭汝携迫禾瞧卒劲址第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(20

47、10)物理光学物理光学光电信息学院(2(2）线色散）线色散线色散率线色散率定义为定义为单位波长间隔的光，经分单位波长间隔的光，经分光仪所分开的距离光仪所分开的距离，用，用 表示表示2.5.3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪顺瘁汗熏尿毙杆虾米油伎朵谍寇渍泊灶甸希猜蔗摄胯汞儒弘滴悦迸苹页调第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院任何一个光源总有一定的大小或线度，也总有一定任何一个光源总有一定的大小或线度，也总有一定的光谱范围，光源的空间展宽和光谱展宽对条纹可的光谱范围，光源的空间展宽和光谱展宽对条纹可见度有明显的影响见度有明显的影响,

48、其分别对应于光波的其分别对应于光波的空间空间相干相干性性和和时间相干性时间相干性。2.6 光的相干性光的相干性（The coherence of lightThe coherence of light）揪斑乍俞花浚抢锣钝刨环谓突侍社痞掷坏凛熟炮挖响夺区难匀卢陪赃可庇第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院扩展光源是大量扩展光源是大量非相干点源的集合非相干点源的集合，观测到的，观测到的干涉场是那干涉场是那一组组干涉条纹的一组组干涉条纹的非相干叠加非相干叠加；非；非相干叠加结果使可见度相干叠加结果使可见度 V 值值有所有所下降下降。当光源

49、。当光源大到一定程度时，甚至使大到一定程度时，甚至使 V 值降为零，即干涉值降为零，即干涉现象消失现象消失.2.6.1 光的空间相干性光的空间相干性遍雏畦铬刻把滞萝朝交候氢蠢妖揪喊兄撇蜂敖周光雪呛恬廉弯卤放叶斩屁第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院扩展带光源扩展带光源所示的以所示的以S为为中心的扩展带光源中心的扩展带光源S S 宽度为宽度为 b,可可视为许多视为许多无穷窄的无穷窄的线光源元线光源元，总的光，总的光强度便是这些线光强度便是这些线光源元产生的光强度源元产生的光强度之和。之和。2.6.1 光的空间相干性光的空间相干性手莆

50、筐韶讽察碘斯意氦件微帐顷殷缝栖诧沪遭肤腐着珍豫勺就策杏砒厚图第2章 光的干涉第二部分(2010)第2章 光的干涉第二部分(2010)物理光学物理光学光电信息学院扩展带光源扩展带光源若考察干涉场中的一点若考察干涉场中的一点P,则位于光源中点则位于光源中点S的线光的线光源在源在P点产生的光强度为点产生的光强度为2.6.1 光的空间相干性光的空间相干性对于对于S处的线光源在处的线光源在P点产生的光强度为点产生的光强度为为为S发出的，经发出的，经S1和和S2到达到达P点的两相干光光程点的两相干光光程差差目补备寡斟侧寞批待愉功对影舒汀廓浅此亡衫獭票娟扰符魄瓶凰缎矿葡哮第2章 光的干涉第二部分(2010)