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[2017年整理]多光束干涉
第四章 多光束干涉
4.1 法布里-珀罗(F-P)标准具两反射面的反射系数为0.8944,求(1)条纹的位相差半宽度;(2)条纹精细度。
4.2 分别计算R=0.5, 0.8, 0.9, 0.98时,F-P标准具条纹的精细度。
4.3 F-P标准具的间隔h=2mm,所使用的单色光波长=632.8nm,聚焦透镜的焦距f=30cm,试求条纹图样中第5个环条纹的半径。(设条纹图样中心正好是一亮点。)
4.4 将一个波长稍小于600nm的光波与一个波长为600nm的光波在F-P干涉仪上进行比较。当F-P干涉仪两镜面间距离改变1.5mm时,两光波的条纹系就重合一次,试求未知光波的波长。
4.5 F-P标准具的间隔为2.5mm,问对于=500nm的光,条纹系中心的干涉级是多少?如果照明光波包含波长500nm和稍小于500nm的两种光波,它们的环条纹距离为1/100条纹间距,问未知光波的波长是多少?
4.6 F-P标准具两镜面的间隔为0.25mm,标准具产生的1谱线的干涉环系中第2环和第5环的半径为2mm和3.8mm,2谱线的干涉环系中第2环和第5环的半径分别为2.1mm和3.85mm。两谱线的平均波长为500nm,试决定两谱线的波长差。
4.7 在4.3题中,如果标准具两镜面的反射率为R=0.98,(1)标准具所能测量的最大波长差是多少?(2)所能分辨的最小波长差是多少?
4.8 已知汞同位素在绿光的四条特征谱线的波长分别为546.0753nm, 546.0745nm, 546.0734nm, 546.0728nm,它们分别属于汞的同位素Hg198, Hg200, Hg202, Hg204。问用F-P标准具分析这一结构时,如何选取标准具的间隔?(设标准具两镜面的反射率R=0.9。)
4.9 如果把激光器的谐振腔看作为一个F-P标准具,激光器的腔长h=0.5m,两反射镜的反射率为R=0.99,试求输出激光的频率间隔和线宽(设气体折射率n=1,输出谱线的中心波长=632.8nm)。
4.10F-P干涉仪两反射镜的反射率为0.5,试求它的最大透射率和最小透射率。若干涉仪为一折射率为n=1.6的玻璃平板所代替,最大透射率和最小透射率又是多少?(不考虑系统的吸收。)
4.11 在上题中,若考虑到干涉仪镜面的吸收,其吸收率为0.05,试求干涉仪最大透射率和最小透射率。
4.12 如图所示,F-P标准具两镜面的间隔为1cm,在其两侧各放一个焦距为15cm的准直透镜L1和会聚透镜L2。直径为1cm的光源(中心在光轴上)置于L1的焦平面,光源发射波长为589.3nm的单色光;空气的折射率为1。(1)计算L2焦点处的干涉级。在L2的焦面上能观察到多少个亮条纹?其中半径最大条纹的干涉级和半径是多少?(2)若将一片折射率为1.5,厚为0.5mm的透明薄片插入标准具两镜面之间,插至一半位置,干涉环条纹将发生怎样的变化?
12题图
4.13法布里—珀罗干涉仪中镀金属膜的两玻璃板内表面的反射系数为,试求(1)锐度系数;(2)条纹半宽度;(3)条纹锐度。
4.14法布里—珀罗干涉仪常用来测量波长相差很小的两条谱线的波长差。设干涉仪两板的间距为0.25mm,它产生的谱线的干涉环系中第2环和第5环的半径分别为2mm和3.8mm,谱线的干涉环系中第2环和第5环的半径分别为2.1mm和3.85mm。两谱线的平均波长为500nm。试决定两谱线的波长差。
4.15已知汞绿线的超精细结构为546.0753nm,546.0745nm,546.0734nm,546.0728nm,它们分别属于汞的同位素。问用法布里—珀罗标准具(两板间距固定的法布里—珀罗干涉仪)分析这一结构时如何选取标准具的间距?(设标准具板面的反射率)。
4.16激光器的谐振腔可以看作是一个法布里—珀罗标准具。(1)导出激光器输出激光的频率间隔表示式;(2)导出输出谱线宽度的表示式;(3)若氦氖激光器腔长,两反射镜的反射率,输出激光的频率间隔和谱线宽度是多少?(设气体折射率,输出谱线的中心波长)
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