光学课程教学电子教案第三章光的干涉与相干性.ppt

自由光谱范围：不同级次谱线间不发生重叠的光谱范围 法布里-珀罗标准具的自由光谱范围： 设波长分别为l1和l2（l1l2）的两种光谱成分以相同的方式经标准具形成一组锐细的同心圆环状干涉条纹。对于同一干涉级次，l1的亮环直径较l2的略大些。当满足 jl1=(j-1)l2时，l1的第j级亮环与l2的第 j-1 级亮环重叠，于是得 (3.6-10) 一般情况下，角度i很小，可认为cosi≈1。当l1和l2接近时，可取l1l2≈l2。故而可标准具的自由光谱范围： (3.6-11) 3.6 法布里-珀罗干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.6.3 法布里-珀罗干涉仪的应用 原理：以压电陶瓷作为干涉仪的一块玻璃板的固定基座M并施加以锯齿波信号，通过锯齿波电压在压电陶瓷基座上产生的压电效应，来驱动与之相连的玻璃板，改变两玻璃板镀银面间距，从而使不同波长的光能以最大的透过率透射，实现干涉光谱扫描。 图3.6-5 扫描干涉仪 D G2 G1 L2 L1 光源 PC A/D M 信号源 示波器 压电驱动器 探测器 S 3.6 法布里-珀罗干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.6.3 法布里-珀罗干涉仪的应用 (2) 扫描干涉仪 法布里-珀罗干涉仪和标准具——激光谐振腔的基本模型 谐振腔原理：非单色平行光进入法布里-珀罗干涉仪，在两个反射镜之间多次反射而形成多光束干涉，使得透射光在很宽的光谱范围内只有某些特定的波长成分出现干涉极大。当两个反射镜间距h较大而横向尺寸较小时，倾斜入射的光束经有限次反射后将移出干涉仪，只有入射角接近0o的光束能够形成多光束干涉输出。 纵模：假设谐振腔内介质折射率为n，则当i=0时，能够形成相长干涉的波长和频率成分满足关系： j=1, 2, 3, ··· (3.6-12) 每个波长或频率成分称为谐振腔的一个纵模（谱线）。 相邻两个纵模的间隔： 或 (3.6-13) 3.6 法布里-珀罗干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.6.3 法布里-珀罗干涉仪的应用 (3) 光学谐振腔 对于给定的n和h，因波长的变化引起相位差的增量：Dd=-4pnhDl/l2。令Dd =e，可得第j级纵模（谱线）的半值宽度为 (3.6-14b) (3.6-14b) 结论：法布里-珀罗干涉仪或光学谐振腔的纵模间隔与腔长h成反比。镜面反射率越高或腔越长，则每个纵模的谱线宽度越窄。 3.6 法布里-珀罗干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.6.3 法布里-珀罗干涉仪的应用 纵模（谱线）的半值宽度： 本节重点 3.6 法布里-珀罗干涉仪 3. 光的干涉与相干性 1. 法布里-珀罗干涉仪的结构原理干涉图样的特点 2. 法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围 3. 扫描干涉仪的工作原理 4. 光学谐振腔的工作原理，纵模的意义 §3.7 其他干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.7 其他干涉仪 3. 光的干涉与相干性 主要内容 1. 泰曼-格林干涉仪 2. 傅里叶变换干涉仪 3. 马赫-曾德干涉仪 4. 塞纳克干涉仪 应用：检测光滑表面的平整度、透镜或球面镜表面的球面度、平行平板状透明介质的光学均匀性。 图3.7-1 泰曼-格林干涉仪 S G M2 M1 P L 干涉图样 3.7 其他干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.7.1 泰曼-格林干涉仪 M1：反射镜 M2：待测表面 应用：光谱分析 图3.7-2 傅里叶变换干涉仪 L2 S G M2 M1 L1 D=2vt D PC A/D 3.7 其他干涉仪 3. 光的干涉与相干性 M1，M2：反射镜 D：光电探测器 A/D：模数转换卡 PC：计算机 3.7.2 傅里叶变换干涉仪 同频率、同振动方向且振幅相等的两单色光波在某点的叠加光强度： 将上式对所有波长积分，得到总的叠加光强度： (3.7-3) (3.7-1) (3.7-2) 波长为l的单色光成分的相对强度（即光谱分布函数）： 3.7 其他干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.7.2 傅里叶变换干涉仪 光谱分布函数I(l)也可以看成是波长倒数即空间频率f的函数： (3.7-5) (3.7-4) (3.7-6) 3.7 其他干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.7.2 傅里叶变换干涉仪 图3.7-3 马赫-曾德干涉仪 BS2 BS1 M2 M1 P 激光器 BE 2 1 应用：干涉测量，全息照相 3.7 其他干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.7.3 马赫-曾德干涉仪 应用：激光陀螺 图3.7-4 塞纳克干涉仪 R W M3 M2 M1 探测器 BS1 光 源 O 3.7 其他干涉仪 3. 光的干涉与相干性 3.7.4 塞纳克干涉仪 当干涉仪绕其中心在光路平面内以一定角速度W转动时，正反方向传播的两光束