物理光学110公开课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,等倾干涉,1,第1页,等厚干涉,2,第2页,3,11,5,经典双光束干涉系统及其应用,一、经典干涉系统,1、斐索干涉仪：等厚干涉型干涉仪（光学零件表面质量检查）,a,表面不平度,L,3,G,L,2,P,Q,L,1,激光平面干涉仪,H,第3页,4,D,h,(2),相邻条纹,相邻两亮纹或暗纹对应光程差之差,都为l，因此从一种条纹过渡到另一种,条纹，平板厚度变化,第4页,5,（,3,）条纹间距,（,4,）,a,（,5,）,与楔角成反比与波长成正比,第5页,6,球面干涉仪,P,L,Q,D,h,R,1,R,2,P,Q,第6页,等厚条纹观测装置,等厚干涉应用光学零件表面检查,第7页,等厚条纹观测装置,牛顿干涉仪,压,环外扩：要打磨中央部分,压,环内缩：要打磨边缘部分,第8页,9,（,1,）属于等厚干涉,（2）干涉光束，一种来自原则反射面，一种来自被测面。,（,1,）光程差与厚度关系。,（,2,）厚度改变与条纹弯曲方向关系。,（,3,）干涉面间距改变与条纹移动关系。,条纹分析：,注意应用比例关系,基本特点：,重点掌握：,测量表面平面度、局部误差,应用：,测量平板平行度和楔角,第9页,10,2,、迈克尔逊干涉仪（,1881,）,（1）系统构造，,（2）M1或M2垂直于光线移动时对条纹影响。,特点：,M1 和M2 垂直时是等倾干涉，板厚度很小，楔角不大为等厚干涉，否则是混合型条纹。,掌握：,第10页,11,条纹变化,h,增大时，条纹外冒，变密,h,减小时，条纹内缩，变疏,等倾干涉,等,厚,干涉,h,增大时，条纹向膜较薄方向移动,h,减小时，条纹向膜较厚方向移动,M,1,走过距离,视场中心移过条纹数目,单色光波长,混合条纹,第11页,双臂式分振幅干涉仪,迈克耳逊干涉仪观测等倾干涉,第12页,双臂式分振幅干涉仪,迈克耳逊干涉仪观测等厚干涉,第13页,迈克尔逊干涉仪,薄片厚度测量原理,若放入薄片前，双臂光程靠近于,0,，则有,第14页,迈克尔逊干涉仪,相干光程测量原理,相干光程是产生可以辨别干涉条纹二相干光束间最大光程差，它由光源非单色性限定。只要测得可以辨别条纹最高干涉级，即可得到相干光程。,第15页,16,D,S,长处：,1）两束相干光完全分开,2）光程差可以由一种镜,子平移来变化,3）可以很以便在光路,中安顿被测量样品,应用：,测波长、折射率、厚度,用白光条纹作精密测量,第16页,17,3,、泰曼干涉仪,通过研究光波波面经光学零件后变形确定零件质量,构造原理,在迈克尔逊干涉仪一种光路中加入了被测光学器件,单色准直光照明，使产生等厚干涉条纹，用于检查光学零件综合质量,检查原理,第17页,18,第18页,19,4,、马赫曾德干涉仪,构造和光路走向如图,合用于研究气体密度迅速变化状态,运用扩展光源，条纹是定域,可通过调整M2和G2使条纹虚定域于M2和G2之间,1）大型风洞中气流引起空气密度变化,应用：,2,）可控热核反应中等离子区密度分布,3,）光学全息，光纤和集成光学,第19页,20,调整,M,2,，,G,2,，可任意调整定域面,第20页,光纤,Sagnac,干涉仪,激光器发出光经耦合器分为两束分别耦合进由同一光纤构成光纤环中，沿相反方向传播，并于耦合器处再次发生干涉。,R,1,R,2,Sagnac干涉仪另一种经典应用是光纤陀螺，即当环形光路有转动时，顺逆时针光会有非互易性光程差，可用于转动传感,21,保偏光纤,干涉噪声,拍频信号,第21页,22,二、其他干涉技术,1,、数字波面干涉术,目旳：产生移动干涉条纹，用光电器件探测条纹变化。,基本原理：运用光学拍频中干涉条纹强度随时间变化性质。,t,I(x,y,t),条纹是随时间移动量。,第22页,23,被测信号,A,点过零时间差,基准信号,相移干涉检测,:,直接对反射镜位置进行调制，,干涉相移步长,90,度,第23页,24,2,、傅里叶变换光谱仪,构成：,运用傅立叶变换技术，根据干涉效应，分析光源光谱分布,一台泰曼干涉仪,一套作傅立叶变换电子计算机处理系统,光源光谱分布与产生干涉条纹强度分布关系,特点：,光能运用率高，对于分析气体极为复杂而强度很弱红外光谱尤其有用,第24页,25,通过移动M2，变化D获得W(D)，再通过反傅里叶变换计算出I0(k)。,W,(,D,),D,I,(,l,),l,强度函数,谱密度函数,钠光灯作光源时(时而清晰，时而模糊)，记录下强度函数及其对应光谱图,第25页,11,6,平行平板多光束干包括其应用,一、平行平板多光束干涉,L,P,1,、干涉场强度分布,（,1,）光程差与位相差,（相邻光束之间）,干涉结果。,，,，,，,点条纹是由：,r,r,r,A,A,A,P,3,2,1,第26页,分别是界面反射率和透射率,（,3,）各反射光线复振幅,半波损失,第27页,-,d,i,合振幅：,（,4,）反射光合振幅与光强分布,2,4,1,2,4,1,1,1,1,2,2,2,2,2,2,2,2,1,0,d,r,+,r,-,d,r,=,-,-,=,=,-,=,+.,+,+,+,+,=,d,d,d,sin,),(,sin,*,.,i,i,i,r,r,r,i,r,n,r,r,r,r,I,1,1,2,-,-,d,-,d,-,i,i,e,r,e,e,r,e,r,A,A,I,e,r,e,A,(i),r,A,A,A,A,A,光强：,A,(i),第28页,（,5,）透射光光强分布,第29页,反射率,反射率,第30页,第31页,2,干涉条纹特点,结论：,反射光和透射光干涉图样互补,透射光是几乎全黑背景上一组很细亮纹构成,反射光是均匀明亮背景上很细暗纹构成,实际应用采用透射光干涉条纹,第32页,（,1,）亮暗条纹条件与光强对比度,第33页,（,3,）光强分布与 关系,（,2,）光强分布与 关系,伴随反射率 增大，透射光暗条纹强度降低，亮条纹宽度变窄，条纹锐度和对比度增大,第34页,第35页,第36页,第37页,二、法布里泊罗干涉仪（一种多光束干涉装置）,（一）仪器构造,法布里泊罗标准具（,F-P),玻璃板或石英板,镀膜（提升表面反射率）,隔圈,第38页,干涉条纹分析,一系列细锐等倾亮纹,干涉级次取决于,h,，干涉级很高，只适于单色性很好光源,内表面镀金属膜，有反射相位改变 及金属吸收比,相位差为,且有,第39页,第40页,（二）用作光谱线超精细构造研究,1,、测量原理,设光源中具有两条谱线：l1和l2，l2=l1+Dl,则：原则具在中心附近对应干涉级为m2和m1。干涉级差为,对应于条纹位移,D,e,于是有：,第41页,2.,自由光谱范围（能测量最大波长差）,l,2,(,m,-1),级条纹,l,1,m,级条纹,自由光谱范围类似于卡尺最大量程。,钠灯双光谱,Dl,6,nm,第42页,当l1和l2差值非常小时，它们产生干涉条纹将非常靠近，假如两个条纹合成成果被视为一种条纹，则两个波长就不能被辨别。,思绪：波长能否被辨别，取决于条纹能否被辨别。,瑞利判据,：两个波长亮条纹只有当它们合强度中央极小值低于两边极大值,0.81,时，两个条纹才能被分开。,3.辨别极限和辨别本领（能辨别最小波长差）,第43页,d,1,d,2,G,2,G,1,Dd,第44页,d,1,d,2,G,G,Dd,第45页,d,1,d,2,Dd,第46页,（二）、干涉滤色光,运用多光束干涉原理制成一种从白光中过滤出波段较窄单色光装置。（类似于间隔很小F-P原则具）,1、滤色片中心波长（透射比最大波长）,第47页,其中对应同一种波长，如l=5.46x10-7m，m1，m2，m3对应h1，h2，h3分别称为1，2，3级滤波片。,第48页,2,、透射波长半宽度,已知，条纹位相半宽度,思绪：寻找出波长与位有关系,已知,表达是l1和l2干涉圆环刚好相差一种波长差，对应位置变化是2p。,因此：,有：,大,小单色性好,大,第49页,3,、峰值透过比,不考虑吸取等损失,金属膜作干涉滤光片,第50页,