《物理光学Cha》PPT课件

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1、第四章多光束干涉与光学薄膜由于界面的多次反射，要准确分析干涉现象，就必须考虑多光束因素。薄膜是多光束干涉的重要应用方向。4-1平行平板的多光束干涉设单位强度光正入射（0=0）界面R=0.04界面R=0.90n0nn012341'2'3'h光束1234强度0.040.03685.9e-59.4e-8光束123强度0.92160.00142.3e-6光束1234强度0.90.090.00730.0059光束123强度0.010.00810.00664-1界面R较低时，反射光的头两束很接近，其它反射光束强度很小，可以忽

2、略界面R较高时，头一束反射光强度很大，其它反射光束强度接近透射光与反射光互补当头两束光不能相近，且远大于其它光束时，必须考虑多光束效应4-1多光束叠加的特殊问题：正入射或掠入射时，有的光束产生半波损失，有的不产生半波损失解决的办法：不象两光束叠加那样，把半波损失记入光程差，而是用菲涅尔反、透射系数解决界面引起的位相变化，光程差仅考虑平板厚度因素这种处理方法更严格，应用更广泛4-1一、干涉场的强度公式相邻两束光的光程差（只考虑平板厚度因素）=2nhcos，相应的位相差=2/=4nhcos/设nh为光学厚度，为真

3、空中波长，r、t为光束从周围介质到平板内的反、透射系数，r’、t’为光束从平板内到周围介质的反、透射系数，入射光束的复振幅为A(i)4-1各反射光束的复振幅和光场为rA(i)tt’r’A(i)tt’r’3A(i)tt’r’5A(i)……合复振幅为4-1各透射光束的复振幅和光场为tt’A(i)tt’r’2A(i)tt’r’4A(i)tt’r’6A(i)……合复振幅为4-1由r=-r’，tt’=1-r2，r2=r’2=R和tt’=1-R=T，有和4-1引入参数F=4R/(1-R)24-1不同反射率下透射光强度与位相差关系4-1不同反射

4、率下反射光与位相差的关系4-1二、平板多光束干涉图样的特点等倾条纹透射光与反射光之和等于入射光透射光与反射光互补=(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透射光亮纹尖锐化4-1三、干涉条纹的锐度锐度=条纹中强度等于峰值强度一半的两点间的位相差距离将=2m/2带入上述锐度定义，1/[1+Fsin2(/4)]=1/2，由近似sin(/4)/4得条纹锐度=4/F

5、1/2=2(1-R)/R1/2条纹精细度S=2/=R1/2/(1-R)1/21I(t)/I(i)2m4-2法布里-珀罗（FP）干涉仪一、结构内侧镀高反射率膜的两个玻璃板，内表面完全平行内表面间隔固定FP标准具条纹特点：圆形等倾条纹ShL1L2观察屏4-2FP干涉仪的应用一：精细光谱分析测量非常接近的两条光谱线的波长差设=2-1，=(2+1)/2，被测量的2和1的亮纹级数为m2和m1，m=m2-m1，条纹间隔e，m2和m1纹的间隔e由m=2h/(12)=e/e，得到=e

6、2/(2he)e=e时的=()S.R=2/(2h)—自由光谱范围ee4-2FP干涉仪所能分辨的最小波长差()m，显然与条纹锐度有关分辨本领A=/()m瑞利判据—两个相邻的亮条纹只有在这样的条件下才能区分：它们的合强度曲线中心极小值低于两边极大值的81%IIM0.81IM1=2m2=2m-1=2m+2=2m4-2近似条件：sin(/2)/2=4.15/F1/2=2.07/SA=0.97mS若令0.97S为有效光束数N，则A=mN4-2FP干涉仪的应用二：激光谐振腔FP标准具

7、内放入激光介质，构成激光谐振腔只有特定频率（纵模）的光波可以在腔内形成稳定驻波只有少数纵模可以受激放大，变成激光输出振荡阈值增益曲线I4-2纵模频率2nL=m=mc/(2nL)纵模间隔=c/(2nL)单模线宽对=2/2nL两边求微分，=c(1-R)/(2nLR1/2)4-3多光束干涉原理在薄膜理论中的应用薄膜：在玻璃或金属等基片的光滑表面上，用物理、化学方法生成的透明介质膜。薄膜的用途：增强原基片的光学性能，如增强透射率、增强反射率、调整光束的光谱分布等4-3一、单层膜直接应用平行平板多光束干

8、涉的结论设光从n0n的反射和透射系数为r1和t1，从nnG为r2和t2，有0n0nnGhG4-3R+T=1正入射时，0=0R将随、亦随薄膜的光学厚度nh变化，换言之，改变光学厚度，就能控制单层膜的反射率R4-3图4-12式(4-43)