光的干涉迈克尔逊干涉仪法布里-珀罗干涉仪课件

光学

1.8迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪(A.A.Michelson

美籍德国人）是迈克尔逊于1881年为研究“以太”是否存在而设计的。迈克尔逊干涉仪证明了光速与参照系无关，从而为爱因斯坦狭义相对论的创立奠定了基础，于1907年荣获诺贝尔物理学奖。

光学1.8迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪(A.A.M光的干涉迈克尔逊干涉仪法布里-珀罗干涉仪课件一、干涉仪的原理

光学

1.8迈克尔孙干涉仪

单色光源反射镜反射镜与

成

角补偿板分光板

移动导轨

G2的作用是补偿M2反射的光线欠两次通过G1的的程差。此对普通光源尤其是白光非常重要。

一、干涉仪的原理光学1.8迈克尔孙干涉仪单色光源反射镜反射镜单色光源光程差

的像

M1与M'2形成空气薄膜层，可产生等倾干涉和等厚干涉。等倾干涉用扩展光源，等厚干涉用平行光.反射镜反射镜单色光源光程差的像M1当不垂直于时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.反射镜反射镜单色光源当不垂直于时，可形成劈尖型等厚干涉条干涉条纹移动数目二迈克耳孙干涉仪的主要特性(1)两相干光束完全分开；

(2)两光束的光程差可调.移动距离移动反射镜干涉条纹移动数目二迈克耳孙干涉仪的主要特性(1)两相

等倾干涉条纹的移动

当与之间距离d变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,

干涉条纹变密；

距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀.等倾干涉条纹的移动当与插入介质片光程差光程差变化光程差干涉条纹移动数目介质片厚度插入介质片光程差光程差变化光程差干涉条纹移动数目介质片厚度1、可测折射率

n

或测插入介质的厚度

t

。三．迈克尔逊干涉仪的应用

2、分析原子的谱线精细结构。

4、迈克尔逊-莫雷实验——否定‘以太’的存在。

3、测量光波波长：迈克尔逊用他的干涉仪最先以光的波长为单位测定了国际标准米尺的长度。

由于迈克尔逊干涉仪将两相干光束完全分开，它们之间的光程差可以根据要求改变，测量结果可以精确到与波长同数量级，所以应用很广。1、可测折射率n或测插入介质的厚度t。三．迈克尔逊前面讨论了两类干涉现象，杨氏双缝，劳埃德镜，菲涅耳双棱镜等都是把同一光源发出的同一光波，设法分开从而引起干涉；薄膜干涉则是利用同一入射光波的振幅通过薄膜的两个表面反射后加以分解；这两种方法分别叫分波面法和分振幅法。迈克耳逊干涉仪就是应用分振幅原理的干涉仪；他们都属于双光束干涉。光学

1.9法布里-珀罗干涉仪多光束干涉

双光束干涉前面讨论了两类干涉现象，杨氏双缝，劳埃德镜，菲涅耳双棱镜等都如果两束光的强度相同，即振幅都等于A1，则相干光强应为通常情况下，它介乎最大值4A12和最小值0之间。如果相位差连续改变，则光强变化缓慢，如图：

-4-3-2-0234

如果两束光的强度相同，即振幅都等于A1，则相干光强应为通常用实验方法不易测定最大值和最小值的准确位置。若两束光的振幅不相等，最小值不为0，则条纹的可见度降低。就更难确定最大值和最小值的准确位置。对实际应用来说，干涉图样最好是十分狭窄，边缘清晰并且十分明亮的条纹，此外，还要求亮条纹能被比较宽阔且相当黑暗的区域隔开。要是采用相位差相同的多光束干涉系统，就可以满足这些要求。法布里－珀罗干涉仪就是一种相位差相同的多光束干涉仪器。用实验方法不易测定最大值和最小值的准确位置。若两束光的振幅一、仪器结构及原理

它是由法国物理学家法布里（C.Fabry）和珀罗(A.Perot)于1896年研制的。法布里－珀罗干涉仪一、仪器结构及原理它是由法国物理学家法布里（C.Fabr干涉仪主要由两板平行放置的玻璃板组成，它们相对的面严格平行，并镀有反射率很大的反射膜，为了避免玻璃板外表的反射光干扰，G,G′板的两个外表面之间有一微小锲角。G,G′间若充上石英或铟钢，它透明且不随温度而热胀冷缩，故使G,G′间距固定不变，则称为法布里—珀罗标准具。若其间距可以改变，则称为法布里－珀罗干涉仪。GG'干涉仪主要由两板平行放置的玻璃板组成，它们相对的面严格平行，单色扩展光源焦平面

屏幕

面光源s放在透镜L1的焦平面上，使许多方向不同的平行光束入射到F－P干涉仪上，在G,G′间作来回多次反射。最后透射出来的平行光束在第二透镜L2的焦平面上形成同心圆形的等倾干涉条纹。单色扩展光源焦平面屏幕面光源s放在透镜L1的焦平面二、递减振幅多光束干涉的光强分布

设G,G′内表面（镀银面）的光强反射率为

则从G透射光的振幅为

则第一次从G′透射光的振幅为

则第二次从G′透射光的振幅为

d0二、递减振幅多光束干涉的光强分布设G,G′内表面（镀银面）依次类推，从G2透射出的光的振幅分别为以为公比的等比数列。这些振幅递减的透射光，彼此平行，相邻两束光到达透射L2焦平面的光程差相等。由于没有附加光程，则相邻两束光到达透镜L2的焦平面同一点时，彼此的光程差为：其相位差为d0依次类推，从G2透射出的光的振幅分别为以为公比的等比数列。若第一束透射光的初相位为0，则各光束的初相位依次为则在L2焦平面上P点处，各光束的振动方程为：d0在P点的合振动为:若第一束透射光的初相位为0，则各光束的初相位依次为则在L21、干涉条纹分析：⑴是等倾干涉条纹—明暗相间同心园环，条纹间距、干涉级分布与迈克尔逊干涉条纹相同，但亮纹强度增大、宽度变窄。⑵光强分布多束透射光叠加的结果：称为艾里涵数1、干涉条纹分析：⑴是等倾干涉条纹—明暗相间同心园环，条纹讨论：①对一定的镀膜，ρ一定，A2随φ而变化；②暗、亮条纹强度比∴ρ

越大，上式比值越小，可见度越高；反之，可见度越低。③ρ→0时，无论φ如何变化，A=const，最大值与最小值相等，亮、暗条纹无法区分，可见度为0；讨论：①对一定的镀膜，ρ一定，A2随φ而变化；②暗透射光强

光强分布曲线如图此时，干涉花样为几乎全黑的背景上一组很细的亮条纹组成；随着ρ的增大，暗条纹强度减小，亮条纹强度增加，宽度变窄，锐度增加。光强分布如上图所示。透射光强光强分布曲线如图此时，干涉花样为几乎全黑的背景上一若使用复色光源，则φ还将随λ而变，干涉条纹将展开成彩色光谱线，ρ越大，谱线越细锐。i1A0Gi2n2G’d0ρ→1时的定量研究（可透光能过98％）由于透射出的光束的振幅基本相等可视为等振幅的多光束干涉。以不同的入射角的入射光，就形成同心圆形的等倾干涉条纹。

镀银面G和G′的反射面率越大。干涉条纹越清晰。这是F-P干涉仪于其他干涉仪所具有的最大的优点。

若使用复色光源，则φ还将随λ而变，干涉条纹将展开成彩色透射光可视为等振幅的多光束干涉。A0为每束光的振幅，N为光束的总数，φ则为各相邻光束之间的相位差讨论：①叠加结果：P63附录1.6透射光可视为等振幅的多光束干涉。A0为每束光的振幅，N为光束②综上所述：对等振幅多光束干涉，在

j=0,+N,+2N,……处将出现主最大值；在相邻主最大间分布着（N-1）个最小值，（N-2）个次最大值。光强分布如下图示。（N