《物理光学》课程教学资源（PPT课件）多光束干涉、光的衍射、法布里－珀罗干涉仪和陆末－盖尔克板、惠更斯－菲涅尔原理、基尔霍夫标量衍射理论

第四章:多光束干涉 §4-1平行平板的多光束干涉 内容回顾

第四章：多光束干涉 §4－1平行平板的多光束干涉 内容回顾

§4-1平行平板的多光束干涉 干涉场的强度公式 ■爱里公式: Fsin 10 1+ Fsin 1+ Fsin ■式中 4R 4丌 nh cos e R 显然 To)j

§4－1平行平板的多光束干涉 ◼ 一、干涉场的强度公式 ◼ 爱里公式： ◼ 式中 ◼ 显然 ( ) ( ) 2 1 sin 2 sin 2 2   F F I I r i + = ( ) ( ) 2 1 sin 1 2  F I I t i + = ( ) 2 1 4 R R F − =     cos 4 = nh ( ) ( ) ( ) ( ) + =1 i t t r I I I I

§4-1平行平板的多光束干涉 说明反射光和透射光的干涉图样互补,即对 于某一方向反射光干涉为亮条纹时,透射光 干涉则为暗纹,反之亦然。两者强度之和等 于入射光强度。 ■干涉场的强度随R和δ而变,在特定R的情 况下,则仅随δ而变。 ■因为6=- nh cos., 所以光强度只与光束倾角0有关。 ■倾角相同的光束形成同一条纹,这是等倾条 纹的特征

§4－1平行平板的多光束干涉 ◼ 说明反射光和透射光的干涉图样互补，即对 于某一方向反射光干涉为亮条纹时，透射光 干涉则为暗纹，反之亦然。两者强度之和等 于入射光强度。 ◼ 干涉场的强度随R和δ而变，在特定R的情 况下，则仅随δ而变。 ◼ 因为 ， ◼ 所以光强度只与光束倾角θ有关。 ◼ 倾角相同的光束形成同一条纹，这是等倾条 纹的特征。     cos 4 = nh

平行平板的多光束干涉与双光束干涉比较 多光束干涉 双光束干涉 1透射光干涉场的强度■1.千涉场的强度 7)=1+l2+2√12c0s 2位相:1+Fsm 2位相:4z 4丌 nh cos e nn cos ■3极大强度点位置 ■3极大强度点位置 n √N 1+q √N 1+q n' h 4条纹间距 4条纹间距 A≈-n2 △,≈ 2n20,h 2n0.h

二、平行平板的多光束干涉与双光束干涉比较： ◼ 多光束干涉 ◼ 1.透射光干涉场的强度 ◼ 2.位相: ◼ 3.极大强度点位置 ◼ 4.条纹间距 ◼ 双光束干涉 ◼ 1.干涉场的强度 ◼ 2.位相: ◼ 3.极大强度点位置 ◼ 4.条纹间距 ( ) ( ) 2 1 sin 1 2  F I I t i + = 2 cos 1 2 1 2 I = I + I + I I     cos 4 = nh     cos 4 = nh N q h n n N  −1+ ' 1 1   N q h n n N  −1+ ' 1 1   n h n 1 1 2 2 '     n h n 1 1 2 2 '    

平行平板的多光束干涉条纹的特点 透射光的干涉条纹极为明锐,是多光束干 涉最显著的特点 为了表示多光束干涉条纹极为明锐这一特 点,引入条纹的锐度概念 锐度的指标: ■条纹的位相差半宽度 △δ F 条纹精细度S:相邻两条纹间的位相差距离 与条纹位相差半宽度之比。zF

三、平行平板的多光束干涉条纹的特点 ◼ 透射光的干涉条纹极为明锐，是多光束干 涉最显著的特点。 ◼ 为了表示多光束干涉条纹极为明锐这一特 点，引入条纹的锐度概念。 ◼ 锐度的指标： ◼ 条纹的位相差半宽度 ◼ 条纹精细度S：相邻两条纹间的位相差距离 与条纹位相差半宽度之比。 F 4  = 2 F S  =

§4-2法布里一珀罗干涉仪 和陆末一盖尔克板 法布里一珀罗干涉仪: ■F一P干涉仪由两块略带楔角L 的玻璃或石英板构成。如图 G1 所示,两板外表面为倾斜 使其中的反射光偏离透射光 的观察范围,以免干扰 雪两板的内表面平行,并镀有 高反射率膜层,组成一个具 有高反射率表面的空气层平 行平板 法布里一珀罗干涉仪简图

§4－2法布里－珀罗干涉仪 和陆末－盖尔克板 ◼一、法布里－珀罗干涉仪： ◼F－P干涉仪由两块略带楔角 的玻璃或石英板构成。如图 所示，两板外表面为倾斜， 使其中的反射光偏离透射光 的观察范围，以免干扰。 ◼两板的内表面平行，并镀有 高反射率膜层，组成一个具 有高反射率表面的空气层平 行平板。 h L1 S G1 G2 L2 P 法布里－珀罗干涉仪简图

§4-2法布里一珀罗干涉仪 和陆末一盖尔克板 实际仪器中,两块楔形板分别安装在可调的框 架内,通过微调细丝保证两内表面严格平行 接近光源的一块板可以在精密导轨上移动,以 改变空气层的厚度。若用固定隔圈把两板的距 离固定则称为FP标准具。h L1 G1 L2 涉仪简图 法布里珀罗 干涉仪用扩展光源发出的发散光束照明,如图 所示,在透镜Ⅰ2焦平面上将形成一系列很窄的 等倾亮条纹

§4－2法布里－珀罗干涉仪 和陆末－盖尔克板 ◼实际仪器中，两块楔形板分别安装在可调的框 架内，通过微调细丝保证两内表面严格平行； 接近光源的一块板可以在精密导轨上移动，以 改变空气层的厚度。若用固定隔圈把两板的距 离固定则称为F－P标准具。 ◼干涉仪用扩展光源发出的发散光束照明，如图 所示，在透镜L2焦平面上将形成一系列很窄的 等倾亮条纹。 h L1 S G1 G2 L2 P 法 布 里 － 珀 罗 干 涉 仪 简 图

§4-2法布里一珀罗干涉仪 和陆末一盖尔克板 ■条纹的干涉级决定于空气平板的厚度h 般来说,条纹的干涉级非常高,因而这种 仪器只适用于单色性很好的光源 另:为了获得高反射率表面,需在两楔形 板上镀膜,若内表面镀金属膜时,考虑到 金属的吸收及在金属内表面反射时的相变 化影响。 相继两光束的位相差为8=4ncos0+20 ■￠金属表面反射时的相变

§4－2法布里－珀罗干涉仪 和陆末－盖尔克板 ◼ 条纹的干涉级决定于空气平板的厚度h，一 般来说，条纹的干涉级非常高，因而这种 仪器只适用于单色性很好的光源。 ◼ 另：为了获得高反射率表面，需在两楔形 板上镀膜，若内表面镀金属膜时，考虑到 金属的吸收及在金属内表面反射时的相变 化影响。 ◼ 相继两光束的位相差为 ◼ φ金属表面反射时的相变      cos 2 4 = h +

§4-2法布里一珀罗干涉仪 和陆末一盖尔克板 且R+T+A=1 ■A:金属膜吸收率(吸收光强度与入射光强 度之比) ■则,干涉图样的强度公式为 1+ Fsin 说明金属吸收使透射光图样的峰值强度降低, 严重时只有入射光强度的几十分之

§4－2法布里－珀罗干涉仪 和陆末－盖尔克板 ◼ 且 ◼ A：金属膜吸收率（吸收光强度与入射光强 度之比） ◼ 则，干涉图样的强度公式为 ◼ 说明金属吸收使透射光图样的峰值强度降低， 严重时只有入射光强度的几十分之一。 ( ) ( ) 2 1 sin 1 1 1 2 2  F R A I I t i +       − = − R +T + A =1

§4-2法布里一珀罗干涉仪 和陆末一盖尔克板 F一P干涉仪的应用 研究光谱线的超精细结构 ■F一P标准具:常用来测量波长相差很小的 两条光谱线的波长差,即光谱学中的超精细 结构。 (1)、原理: 若光源含有两个波长非常接近的光谱成份入 ■它们将各自形成一组环形条纹

§4－2法布里－珀罗干涉仪 和陆末－盖尔克板 ◼二、F－P干涉仪的应用 ◼研究光谱线的超精细结构 ◼F－P标准具：常用来测量波长相差很小的 两条光谱线的波长差，即光谱学中的超精细 结构。 ◼（1）、原理： ◼若光源含有两个波长非常接近的光谱成份λ1、 λ2 ◼它们将各自形成一组环形条纹