工程光学课程调研

1、 典 型干 涉 与 衍 射光 电 系 统 结 构 及 工 程 应 用电子科学142汪海月 2014031051工程光学课程调研报 告 大 纲contents01光的干涉光的衍射02光电系统结构03工程应用041光 的 干 涉产 生 条 件综述只有两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相差，因此，不能产生干涉现象1.各成员波的频率v(因而波长 )相同。2.任两成员波的初位相之差在t内保持不变。3.两波的振幅不得相差悬殊。4.在叠加点两波的偏振面须大体一致干 涉 分 类 及 意 义双光波干涉多光

2、波干涉偏振光干涉即两个成员波的干涉。杨氏双孔和双缝干涉、菲涅耳双镜干涉及牛顿环等属于此类。双光波干涉形成的明暗条纹都不是细锐的，而是光强分布作正弦式的变化，这就是双光波干涉的特征。多光波干涉则可形成细锐的条纹。即多于两个成员波的干涉。陆末-格尔克片干涉属于此类。在接收面光强分布的条纹十分细锐，这是多光波干涉的特征有相同的频率和有固定的位相差，并且在同一平面上振动的两偏振光的干涉。干涉现象是波的相干迭加的必然结果，它无可置疑地肯定了光的波动性，我们 还可进一步把它推广到其他现象中去，凡有强弱按一定分布的干涉图样出现的现象， 都可作为该现象具有波动本性的最可靠最有力的实验证据。2光 的 衍 射产

3、生 条 件综述光在传播过程中，遇到障碍物或小孔(窄缝)时，它有离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。这种现象叫光的衍射。产生衍射的条件是:由于光的波长很短，只有十分之几微米，通常物体都比它大得多，所以当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，可以清楚地看到光的衍射。用单色光照射时效果好一些，如果用复色光，则看到的衍射图案是彩色的。衍 射 分 类 及 应 用小孔衍射狭缝衍射当孔半径较大时，光沿直线传播，在屏上得到一个按直线传播计算出来一样大小的亮光圆斑;减小孔的半径，屏上将出现按直线传播计算出来的倒立的光源的像，即小孔成像;继续减小孔的半径，屏上将出现明暗相间的圆形衍射光环。当缝的宽度调到很窄，可

4、以跟光波相比拟时，光通过缝后就明显偏离了直线传播方向，照射到屏上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的衍射条纹，纹缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽。但亮度越来越暗。 衍射用于光谱分析 衍射用于结构分析。 衍射成像。 衍射再现波阵面。 X光的衍射可用于测定晶体的结构，这是确定晶体结构的重要方法。3典型干涉与衍射光 电 系 统 结 构斐 索 干 涉 仪1光 电 系 统夫 琅 和 费 衍 射2迈 克 尔 逊 干 涉 仪3光源和观察幕离障碍物(孔或屏)均为无穷远的衍射现象。又称远场衍射(而当距离较近时为菲涅尔衍射，较近时没有夫琅禾费衍射)。等厚干涉型的干涉系统称为斐索干涉仪，常用于光学零件表面质量的检查

5、，按测量对象分成平面干涉仪和球面干涉仪。迈克尔逊干涉仪是最典型的双光束干涉仪斐 索 干 涉 仪L1HL3GL2PQ激光平面干涉仪激光器输出的光束经L1扩束，针孔H滤波，分光板G反射后被L2准直成平行光束垂直入射到标准平晶P及待测零件Q上。标准平晶的上表面做成斜面，其反射光偏出视场。Q置于可微调的平台上。从标准平面及待测平面反射的光返回经过G进入观察系统L3，可测量平板的平面度。若移开标准平晶P，可测量平板楔角或平行平板的平行度。 h=H/e /2迈 克 尔 逊 干 涉 仪工作原理G2是一面镀上半透半反膜，G1为补偿板，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，使其可以向前后移动，

6、最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1严格平行时，M2会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心吐出或向中心吞进。两平面镜之间的空气间隙距离增大时，中心就会吐出一个个条纹;反之则吞进。M2和M1不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离 d 与条纹移动数 N 的关系满足:d=N/2，为入射光波长。h = N / 24典型干涉与衍射光 电 系 统 工 程 应 用工 程 应 用泰曼-格林干涉仪典型的双光干涉仪，是迈克尔逊干涉仪的一种变。使用一个准单色广元作为照明光，用透镜L1对其准直

7、后形成一个平面波面，再利用分束板将波面依振幅分割，光线经过M1，M2两个反射镜反射后汇聚到分束板上，从而形成两组干涉图像，其中一束汇聚到人眼，另一束返回至光源处，这样就恩能够看到整个干涉场，产生的条纹为等厚干涉条纹。马赫曾德干涉仪光源发出的相干光经3dB分路器分为光强1：1的两束光分别进入信号臂光纤和参考臂光纤，两束光经第二个3dB分路器汇合相干形成干涉条纹。MZ干涉仪的优点是不带纤端反射镜，克服了迈克耳逊干涉仪回波干扰的缺点，因而在光纤传感技术领域得到了比迈克耳逊干涉仪更为广泛的应用。多数傅里叶变换光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪结构的。干涉仪中连续移动动镜两束相干光的光程差发生连续的改变干涉光强就会发生相应的改变。若在改变光程差的同时记录下光强接收器输出中的变化部分就得到干涉光强随光程差的变化曲线称之为干涉图函数。在获得干涉图之后通过傅里叶余弦变换可以得到光源的光谱分布称之为傅里叶变换光谱。工程应用在像面观察的