_244 干涉滤光片 物理光学 教学课件.pptVIP

* 成都信息工程学院光电技术系 钟先琼 * 2.4.4 干涉滤光片 一、滤光片 1、定义：只让某一波段范围的光通过， 而其余波长的光不能通过的装置。 2、性能指标 ① 中心波长λ0。即透光率最大(TM)时的波长。 ② 透射带的波长半宽度。它是透过率为最大值一半(T= TM /2)处的波长范围Δλ1/2，Δλ1/2 大者为宽带滤光片，小者为窄带滤光片。 ③ 峰值透过率TM。 3、种类 ① 吸收滤光片 利用物质对光波的选择性吸收进行滤光。例如， 红、 绿玻璃以及各种有色液体等。 说明：选择性吸收是电磁波与物质相互作用的普遍规律！ 海水为什么呈现蓝绿色？ 自然界的五彩缤纷与物质对光的吸收、反射、散射、透射诸因素有关！ ② 干涉滤光片 利用多光束干涉原理实现滤光！从原理上讲，可制成在任何中心波长处、有任意带宽的滤光片。 选择吸收滤光法的缺陷：使用的物质有限，不能制造出在任意波长处、具有所希望带宽的滤光片！ 水对红光吸收较强，故水呈现出蓝绿色。 二、干涉滤光片 1、法布里-珀罗型干涉滤光片 (1)全介质干涉滤光片 在平板玻璃G上镀两组膜系(HL)p和(LH)p，再加上保护玻璃G′制成。实际上可以看作为两组高反射膜H(LH)p-1和(HL)p-1H 中间夹着一层间隔层LL。 平板玻璃 保护玻璃 (2)金属膜干涉滤光片 可看成GSFSG’ (2)两种法布里-珀罗型干涉滤光片的性能比较 在平板玻璃G上镀一层高反银膜S，银膜上再镀一层介质薄膜F，然后再镀一层高反射率的银膜，最后加保护玻璃G′。 可见，相比较而言，全介质干涉滤光片可以获得更高的峰值透过率，而带宽则可宽可窄。 2、红外线滤光片 实际上就是多层高反射膜。利用膜光学厚度的变化将改变截止带(即不透光的波段)位置，制成反射可见光而透过红外光或反射红外线而透过可见光的滤光片。常用于电影放映机上的冷光镜或冷滤光片。 3、偏振滤光片 常用的高折射率材料：ZnS 常用的低折射率材料：MgF2 在玻璃上镀上单层高折射率膜或三层高反射膜系可提高反射率，在斜入射时，S、P分量的反射率不同，故可制成偏振滤光片。 膜层偏振反射特性 带宽只有几纳米，且能将S和P分量分离开来的 单色滤光片 将三层膜夹在棱镜中间，光以接近全反射的角度入射。 2.5 光的相干性 一、回顾：干涉程度量度—条纹可见度V 1、V=1，条纹最清晰，光束完全相干。 2、V=0，无条纹，光束完全不相干。 3、0V1，条纹清晰度居中，光束部分相干。 二、影响V的原因 在做干涉讨论时，我们通常假设光源是单色点光源，但事实上，光源本身有一定大小，所发光也不是单色的，因此，干涉条纹可见度将受到光源大小和非单色性的影响。 光源大小 空间相干性 光源非单色性 时间相干性 2、来源：起源于光源发光的断续性。 三、时间相干性 1、定义：空间同一点在不同时刻辐射光波的相位相关性。 (1)任意一个实际光源所发出的光波波列在时间上和空间上都不是无限长的，而是一段段有限波列的组合， 根据傅立叶分析法，持续时间是有限长的波列必然对应一定的谱线宽度Δλ 。 ? 、? (2)只有同一波列分成的两部分经不同的光程再相遇时才能发生干涉。 在干涉实验中，Δλ范围内的每一种波长的光都生成各自的一组干涉条纹， 并且各组条纹除零干涉级外，相互间均有位移， 其相对位移量随着干涉光束间光程差Δ的增大而增大，所以干涉场的条纹可见度随着光程差的增大而下降，最后降为零。 计算表明，对给定的光源光谱展宽 ，要看到干涉条纹，所容许的最大光程差为： 。 3、时间相干性的度量 (1) 相干时间：光源辐射一个波列的时间。反映了同一光源在不同时刻发出光的干涉特性，凡是在相干时间τC内不同时刻发出的光， 均可以产生干涉，而在大于τC 期间发出的光不能干涉。 相干时间τC实际上就是波列的持续时间。 (2) 相干长度：就是波列长度，也是出现干涉现象所允许的最大光程差。 (3) 频谱宽度 或 —时间相干性的反比公式 4、关于时间相干性的几种等效说法 “光源发光是断续的”、“波列持续时间是有限的”、“波列长度是有限的”、“光是非单色的”、“光源光谱具有一定带宽”。 相干时间和相干长度越长，频谱宽度越窄，则光源单色性越好，时间相干性越好。 氦氖激光： 5、相干长度计算举例 白光光源： 可见，利用激光容易看到干涉现象，利用白光则很难观察到干涉现象。 6、时间相干性的表现 时间相干性问题表现在波场的纵方向(波线)上，集中于长程差的分振幅干涉装置。 四、空间相干性 1、定义：在垂直于光波传输方向上的空间不同点在同一时刻辐射光波的相位相关性。 2、来源：起源于扩展光源不同部分发光的独立性。 扩展光源是大量非相干点源的集合，观测到的干涉场将是一组组干涉条纹的非相干叠加；