《物理光學(xué)Cha》PPT課件

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1、第四章多光束干涉與光學(xué)薄膜由于界面的多次反射，要準(zhǔn)確分析干涉現(xiàn)象，就必須考慮多光束因素。薄膜是多光束干涉的重要應(yīng)用方向。4-1平行平板的多光束干涉設(shè)單位強(qiáng)度光正入射（?0=0）界面R=0.04界面R=0.9?0?n0nn012341'2'3'h光束1234強(qiáng)度0.040.03685.9e-59.4e-8光束1?2?3?強(qiáng)度0.92160.00142.3e-6光束1234強(qiáng)度0.90.090.00730.0059光束1?2?3?強(qiáng)度0.010.00810.00664-1界面R較低時(shí)，反射光的頭兩束很接近，其它反射光束強(qiáng)度很小，可以忽

2、略界面R較高時(shí)，頭一束反射光強(qiáng)度很大，其它反射光束強(qiáng)度接近透射光與反射光互補(bǔ)當(dāng)頭兩束光不能相近，且遠(yuǎn)大于其它光束時(shí)，必須考慮多光束效應(yīng)4-1多光束疊加的特殊問題：正入射或掠入射時(shí)，有的光束產(chǎn)生半波損失，有的不產(chǎn)生半波損失解決的辦法：不象兩光束疊加那樣，把半波損失記入光程差，而是用菲涅爾反、透射系數(shù)解決界面引起的位相變化，光程差僅考慮平板厚度因素這種處理方法更嚴(yán)格，應(yīng)用更廣泛4-1一、干涉場的強(qiáng)度公式相鄰兩束光的光程差（只考慮平板厚度因素）?=2nhcos?，相應(yīng)的位相差?=2??/?=4?nhcos?/?設(shè)nh為光學(xué)厚度，?為真

3、空中波長，r、t為光束從周圍介質(zhì)到平板內(nèi)的反、透射系數(shù)，r’、t’為光束從平板內(nèi)到周圍介質(zhì)的反、透射系數(shù)，入射光束的復(fù)振幅為A(i)4-1各反射光束的復(fù)振幅和光場為rA(i)tt’r’A(i)tt’r’3A(i)tt’r’5A(i)……合復(fù)振幅為4-1各透射光束的復(fù)振幅和光場為tt’A(i)tt’r’2A(i)tt’r’4A(i)tt’r’6A(i)……合復(fù)振幅為4-1由r=-r’，tt’=1-r2，r2=r’2=R和tt’=1-R=T，有和4-1引入?yún)?shù)F=4R/(1-R)24-1不同反射率下透射光強(qiáng)度與位相差關(guān)系4-1不同反射

4、率下反射光與位相差的關(guān)系4-1二、平板多光束干涉圖樣的特點(diǎn)等傾條紋透射光與反射光之和等于入射光透射光與反射光互補(bǔ)?=(2m+1)??I(r)=IM(r)=FI(i)/(1+F),I(t)=Im(t)=I(i)/(1+F)?=2m??I(r)=Im(r)=0,I(t)=IM(t)=I(i)R??透射光亮紋尖銳化?4-1三、干涉條紋的銳度銳度=條紋中強(qiáng)度等于峰值強(qiáng)度一半的兩點(diǎn)間的位相差距離??將?=2m????/2帶入上述銳度定義，1/[1+Fsin2(??/4)]=1/2，由近似sin(??/4)???/4得條紋銳度??=4/F

5、1/2=2(1-R)/R1/2條紋精細(xì)度S=2?/??=?R1/2/(1-R)1/21I(t)/I(i)2m????4-2法布里-珀羅（FP）干涉儀一、結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)鍍高反射率膜的兩個(gè)玻璃板，內(nèi)表面完全平行內(nèi)表面間隔固定?FP標(biāo)準(zhǔn)具條紋特點(diǎn)：圓形等傾條紋ShL1L2觀察屏4-2FP干涉儀的應(yīng)用一：精細(xì)光譜分析測量非常接近的兩條光譜線的波長差??設(shè)??=?2-?1，?=(?2+?1)/2，被測量的?2和?1的亮紋級(jí)數(shù)為m2和m1，?m=m2-m1，條紋間隔e，m2和m1紋的間隔?e由?m=2h??/(?1?2)=?e/e，得到??=?e

6、?2/(2he)e=?e時(shí)的??=(??)S.R=?2/(2h)—自由光譜范圍e?e4-2FP干涉儀所能分辨的最小波長差(??)m，顯然與條紋銳度有關(guān)分辨本領(lǐng)A=?/(??)m瑞利判據(jù)—兩個(gè)相鄰的亮條紋只有在這樣的條件下才能區(qū)分：它們的合強(qiáng)度曲線中心極小值低于兩邊極大值的81%??IIM0.81IM?1=2m??2=2m?-??1=2m?+??2=2m?4-2近似條件：sin(?/2)??/2?=4.15/F1/2=2.07?/SA=0.97mS若令0.97S為有效光束數(shù)N，則A=mN4-2FP干涉儀的應(yīng)用二：激光諧振腔FP標(biāo)準(zhǔn)具

7、內(nèi)放入激光介質(zhì)，構(gòu)成激光諧振腔只有特定頻率（縱模）的光波可以在腔內(nèi)形成穩(wěn)定駐波只有少數(shù)縱?？梢允芗し糯螅兂杉す廨敵稣袷庨撝翟鲆媲€I?4-2縱模頻率2nL=m???=mc/(2nL)縱模間隔??=c/(2nL)單模線寬對(duì)?=2?/??2nL兩邊求微分，???????=c(1-R)/(2?nLR1/2)4-3多光束干涉原理在薄膜理論中的應(yīng)用薄膜：在玻璃或金屬等基片的光滑表面上，用物理、化學(xué)方法生成的透明介質(zhì)膜。薄膜的用途：增強(qiáng)原基片的光學(xué)性能，如增強(qiáng)透射率、增強(qiáng)反射率、調(diào)整光束的光譜分布等4-3一、單層膜直接應(yīng)用平行平板多光束干

8、涉的結(jié)論設(shè)光從n0?n的反射和透射系數(shù)為r1和t1，從n?nG為r2和t2，有?0?n0nnGh?G4-3R+T=1正入射時(shí)，?0=0R將隨?、亦隨薄膜的光學(xué)厚度nh變化，換言之，改變光學(xué)厚度，就能控制單層膜的反射率R4-3圖4-12式(4-43)