工程光学6浅析.ppt

第六章 光的干涉 6.1 光波干涉条件和杨氏干涉实验 6.2 干涉条纹的可见度 6.3 平板的双光束干涉6.4 平板干涉的应用6.5 平行平板的多光束干涉及其应用6.6 光学薄膜 (2).测量微小物体的直径、厚度 (3). 测量微小角度. (4) 测量微小位移 6.5.1 平行平板的多光束干涉的原理 多光束干涉的透射光强分布曲线 条纹锐度与反射率ρ有关 随着ρ增大， 极小值下降， 亮条纹宽度变窄。在ρ很大时，透射光的干涉条纹是在暗背景上的细亮条纹。与此相反，反射光的干涉条纹则是在亮背景上的细暗条纹，由于它不易辨别，故极少应用。能够产生极明锐的透射光干涉条纹， 是多光束干涉的最显著和最重要的特点。 条纹的半宽度图示 用条纹相位半宽度 描述条纹细锐程度 解得 因为 代入得： 显然， ρ愈大，Δδ愈小，条纹愈尖锐。 定义条纹精细度为： 反射比越大，精细度也越高。 条纹锐度除了用Δδ 表示外，还常用相邻两条纹间的相位差(2π)与条纹半宽度(Δδ)之比s表征， 频率特性 只有使δ=2mπ的光波长才能最大地透过该平行平板。所以，平行平板具有滤波特性。 相应于δ=2mπ的光波长为 6.5.2、法布里—珀罗干涉仪（F-P干涉仪） 一、结构和工作原理 注：平行玻璃板一般做得存在一小楔角，以防止未涂层表面反射光的干扰 迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹(a) 和法布里-珀罗干涉仪产生的干涉条纹(b)比较 透射光条纹的峰值位置不变，但后者条纹细锐的多，其条纹角半径和角间距计算公式相同。 且有 当干涉仪两板的内表面镀以金属膜时，必须考虑金属表面的反射时的位相变化 和金属吸收比 与无吸收时相比，透射光条纹的峰值强度降低了,严重时只有入射光强的几十分之一。 通常F-P干涉仪使用范围是h=1~200mm，有些特殊装置，h可大到1m。以h=5mm为例，最大干涉级次可达20000，可见这种仪器只适用于单色性很好的光源。 1、测量原理 有两个波长为λ1和λ2， λ2 =λ1+Δλ， 二、测量谱线的超精细结构 对中心附近条纹 对应的干涉级为 Δe e 又 Δe e 于是有： 其中 2、F-P的自由光谱区和分辨本领 自由光谱区：能够测量的最大波长差 级干涉条纹重叠，视场里看到一组条纹， 当 的 和 的 如果Δλ继续增大，则我们无法判断干涉条纹是否越级。 即F—P标准具得自由光谱区： 当干涉条纹重叠时， 也称作标准具常数 自由光谱区相当于仪器的测量范围，仪器的精度由分辨极限决定。 分辨极限 :能够分辨的最小波长差 瑞利判据:两个波长的亮纹只有当其和强度曲线中央的极小值低于两边极大值的0.81时才能被分辨开。即: 定义分辨本领：  P是光纤定向耦合器 2 光纤迈克尔逊干涉仪 利用宽带的近红外光源通过麦克尔逊干涉仪产生干涉图。 光学相干层析术(OCT) ?t ?d 当参考光脉冲和信号光脉冲序列中的某一个脉冲同时到达探测器表面时，就会产生光学干涉现象。这种情形, 只有当参考光与信号光的这个脉冲经过相等光程时才会产生。 测量不同结构层面返回的光延迟，只须移动参考镜，使参考光分别与不同的信号光产生干涉。分别记录下相应的参考镜的空间位置，这些位置便反映了眼球内不同结构的相对空间位置。参考臂扫描可得到样品深度方向的一维测量数据。光束在平行于样品表面的方向进行扫描测量，可得到横向的数据。将得到的信号经计算机处理，便可得到样品的立体断层图像。 动脉粥样硬化的OCT图 人眼的OCT图，可以清楚地看到角膜、巩膜、虹膜等等组成部分 。 二、傅里叶变换光谱仪 原理：利用光源的非单色性对条纹可见度的影响，测量光源的光谱分布。 对于矩形分布的光谱，干涉条纹强度为 若整个光谱分布在（0，?）之间，?为两光路的光程差，则上式写为： 一般情况下， 不是常数，可以写为 设 当Δ=0时干涉场光强 在麦克尔逊干涉仪中，通过移动M2，改变Δ获得W(Δ)，再通过傅里叶变换计算出I0(k)。 W(Δ) Δ 强度函数 I(λ) λ 光谱 6.4.2 泰曼干涉仪和数字波面干涉术 是迈克耳逊干涉仪的改型（改用单色点光源，准直入射，取消了补偿板），用于检验光学器件的综合质量 Contour lines Fringes of equal thickness 利用计算机技术和电子技术实时提取干涉图信息，直接对相位进行检测，主要有外差法，锁相法，条纹扫描干涉术等。 频率偏移器 A B P 基本原理：频率偏移器产生一个频率差Δω，利用光学拍频中干涉条纹强度随时间变化的性质，直接测量相位差。 可实现实时检测，精度高达λ/100以上 光强是以Δω为频率随时间变化的. I(x,y,t) A B