法布里-珀羅干涉儀 -

1、成績(jī)： 工程光學(xué)期末論文題目： 淺析“法布里-珀羅”干涉儀學(xué) 院 精密儀器與光電子工程學(xué)院 專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 年 級(jí) 20*級(jí) 班 級(jí) *班 姓 名 * 學(xué) 號(hào) 3011202* 20*年*月淺析法布里-珀羅干涉儀摘要 法布里珀羅干涉儀這一名稱來自法國(guó)物理學(xué)家夏爾法布里和阿爾弗雷德珀羅。 物理光學(xué)中，法布里珀羅干涉儀（英文：Fabry-Protinterferometer）是一種由兩塊平行的玻璃板組成的多光束干涉儀，其中兩塊玻璃板相對(duì)的內(nèi)表面都具有高反射率。 法布里珀羅干涉儀也經(jīng)常稱作法布里珀羅諧振腔，并且當(dāng)兩塊玻璃板間用固定長(zhǎng)度的空心間隔物來間隔固定時(shí)，它也被稱作法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具或直接

2、簡(jiǎn)稱為標(biāo)準(zhǔn)具（來自法語talon， 意為“測(cè)量規(guī)范”或“標(biāo)準(zhǔn)”），但這些術(shù)語在使用時(shí)并不嚴(yán)格區(qū)分。 利用多光束干涉原理產(chǎn)生十分細(xì)銳條紋的最重要的儀器就是法布里珀羅干涉儀（或記F-P干涉儀），它是在平板的兩個(gè)表面鍍金屬膜或多層介質(zhì)反射膜使反射比達(dá)到90%以上來實(shí)現(xiàn)多光束干涉的。 儀器簡(jiǎn)圖如下： 圖1 法布里珀羅干涉儀簡(jiǎn)圖關(guān)鍵詞：法布里珀羅干涉儀 物理光學(xué) 工程應(yīng)用物理光學(xué)知識(shí)點(diǎn)介紹 F-P干涉儀仍屬于光束平板干涉，常見平板干涉僅考慮反射光的雙光束干涉，下面先簡(jiǎn)要介紹平板雙干涉的基本原理。（1）平行平板干涉 圖2 平行平板的分振幅干涉 上圖給出了利用平行平板獲得的分振幅干涉。擴(kuò)展光源上一點(diǎn)S發(fā)出一

3、束光經(jīng)平行平板的上、下表面的反射和折射后，在透鏡后焦面P點(diǎn)相遇產(chǎn)生干涉。由于在照明空間，兩支相干光來自于同一光線SA，因此其干涉孔徑角=0。在干涉場(chǎng)，對(duì)應(yīng)的兩支相干光匯聚在透鏡的焦平面F上，P點(diǎn)處的強(qiáng)度為 IP=I1+I2+2I1I2COSk 式中，I1和I2是兩支相干光各自在P點(diǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)度；是兩支相干光在P點(diǎn)的光程差，由圖2可得出=nAB+BC-nAN 式中，n和n分別是平板折射率和周圍介質(zhì)的折射率；N是從C點(diǎn)向AD所引垂線的垂足。自N、C點(diǎn)到透鏡焦面P點(diǎn)的光程相等。 利用幾何關(guān)系和折射定律得到 =2nhcos2或=2hn2-n2(sin1)2 由于周圍介質(zhì)折射率一致，所以兩個(gè)表面的反射光中

4、只有一支光產(chǎn)生“半波損失”，應(yīng)當(dāng)在考慮由反射引起的附加光程差2，此時(shí)=2nhcos2+2 值得指出的是，在平行平板的干涉中，光程差只取決于折射角2，相同2（從而有相同的入射角1）的入射光構(gòu)成同一條紋，故稱等傾干涉。（2）多光束干涉 上述中，僅考慮了反射光的雙光束干涉。事實(shí)上，無論在反射場(chǎng)還是在折射場(chǎng)，理論上都存在著多束光，當(dāng)平板涂以高反射比（例如當(dāng)涂以=0.9）材料，且膜層無吸收時(shí)，則平行平板相對(duì)于強(qiáng)度為1的入射光，各反射光的強(qiáng)度依次為0.9,0.009,0.0073,0.00577,0.0046，。而透射光強(qiáng)度依次為0.01,0.0081，0.00656,0.00529,0.00431，。由

5、于各支光的強(qiáng)度接近，這時(shí)應(yīng)按照多光束的疊加來計(jì)算干涉場(chǎng)的強(qiáng)度分布。 圖3 干涉場(chǎng)強(qiáng)度分布 P點(diǎn)的條紋是由：A1r，A2r，A3r，干涉的結(jié)果。則可以得到相鄰光束之間的光程差和相位差： =2nhcos2，=4nhcos2 設(shè)r、t、r和t是透射和反射系數(shù)，則r=-r（半波損失），r2=r2=；=tt=1-r2=1-(、分別是界面的反射率和透射率) 透射光和振幅與光強(qiáng)分布:Ant=attr2exp(in),n=1,2,3,4合振幅：At=A0t+A1t+A2t+A3t+Ant+=att1-r2e-i光強(qiáng)：It=At.At*=工程應(yīng)用實(shí)例介紹 法布里-珀羅干涉儀在工程應(yīng)用上主要是用作光譜線超精細(xì)結(jié)構(gòu)

6、的研究。設(shè)光源中含有兩條譜線：1和2，2=1+ 如右圖，設(shè)對(duì)應(yīng)條紋的位移e,而m=ee，于是有=2-1=ee22h,其中：=1+根據(jù)光的干涉原理制成的一種儀器。將來自一個(gè)光源的兩個(gè)光束完全分并，各自經(jīng)過不同的光程，然后再經(jīng)過合并，可顯出干涉條紋。在光譜學(xué)中，應(yīng)用精確的法布里-珀羅干涉儀，可以準(zhǔn)確而詳細(xì)地測(cè)定譜線的波長(zhǎng)及其精細(xì)結(jié)構(gòu)。 法布里-珀羅干涉儀的應(yīng)用極為廣泛，主要有如下幾方面： 長(zhǎng)度的精密測(cè)量。在雙光束干涉儀中，若介質(zhì)折射率均勻且保持恒定，則干涉條紋的移動(dòng)是由兩相干光幾何路程之差發(fā)生變化所造成，根據(jù)條紋的移動(dòng)數(shù)可進(jìn)行長(zhǎng)度的精確比較或絕對(duì)測(cè)量。法布里-珀羅干涉儀曾被用來以鎘紅譜線的波長(zhǎng)表示

7、國(guó)際米。 折射率的測(cè)定。兩光束的幾何路程保持不變，介質(zhì)折射率變化也可導(dǎo)致光程差的改變，從而引起條紋移動(dòng)。瑞利干涉儀就是通過條紋移動(dòng)來對(duì)折射率進(jìn)行相對(duì)測(cè)量的典型干涉儀。應(yīng)用于風(fēng)洞的馬赫-秦特干涉儀被用來對(duì)氣流折射率的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。 波長(zhǎng)的測(cè)量。任何一個(gè)以波長(zhǎng)為單位測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)米尺的方法也就是以標(biāo)準(zhǔn)米尺為單位來測(cè)量波長(zhǎng)的方法。以國(guó)際米為標(biāo)準(zhǔn)，利用干涉儀可精確測(cè)定光波波長(zhǎng)。法布里-珀羅干涉儀（標(biāo)準(zhǔn)具）曾被用來確定波長(zhǎng)的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（鎘紅譜線波長(zhǎng)）和幾個(gè)次級(jí)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從而通過比較法確定其他光譜線的波長(zhǎng)。 檢驗(yàn)光學(xué)元件的質(zhì)量。法布里珀羅干涉儀被普遍用來檢驗(yàn)平板、棱鏡和透鏡等光學(xué)元件的質(zhì)量。在泰曼干涉儀的一個(gè)

8、光路中放置待檢查的平板或棱鏡，平板或棱鏡的折射率或幾何尺寸的任何不均勻性必將反映到干涉圖樣上。若在光路中放置透鏡，可根據(jù)干涉圖樣了解由透鏡造成的波面畸變，從而評(píng)估透鏡的波像差。 用作高分辨率光譜儀。法布里-珀羅干涉儀等多光束干涉儀具有很尖銳的干涉極大，因而有極高的光譜分辨率，常用作光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)和超精細(xì)結(jié)構(gòu)分析。 除此之外，法布里珀羅干涉儀另一個(gè)常見的應(yīng)用之一是二項(xiàng)色性濾鏡，它是利用物理氣相沉積（PVD）方法將一組標(biāo)準(zhǔn)具薄膜鍍?cè)诠鈱W(xué)器件表面。相比于吸收濾鏡，這種光學(xué)濾鏡往往具有更精確的反射和透射頻帶，特別是當(dāng)設(shè)計(jì)恰當(dāng)時(shí)，它們不會(huì)像吸收濾鏡那樣容易造成升溫，因?yàn)樗鼈兛梢苑瓷涞裟切┎槐匾牟ㄩL(zhǎng)的色

9、光。二項(xiàng)色性濾鏡被廣泛應(yīng)用在光源、相機(jī)及天文器材等光學(xué)儀器中。 另外，法布里-珀羅干涉儀還被用在光學(xué)波長(zhǎng)計(jì)（?？捎啥嘀廖迮_(tái)法布里珀羅干涉儀的組合來構(gòu)成）、激光諧振腔（共焦法布里珀羅干涉儀）、用來產(chǎn)生單模激光、窄頻濾鏡（天文學(xué)中）、電流傳感器，溫度傳感器等等廣大的工程應(yīng)用場(chǎng)所，下面僅列舉法布里珀羅干涉攝譜儀的原理圖供參考。 通過上述介紹可以知道，法布里-珀羅干涉儀被應(yīng)用在了很多工程領(lǐng)域，其中，大都利用到了法布里-珀羅干涉儀的高分辨率本領(lǐng)，這種本領(lǐng)正比于干涉級(jí)次m和精細(xì)度s。由于標(biāo)準(zhǔn)具有極高的干涉級(jí)次和不低的精細(xì)度，標(biāo)準(zhǔn)具的分辨本領(lǐng)是很高的。結(jié)論 經(jīng)過復(fù)習(xí)課程所學(xué)和查詢資料，對(duì)法布里-珀羅干涉儀的原理、發(fā)展和應(yīng)用有了一定的了解，發(fā)現(xiàn)了它很多的優(yōu)越性。比如： 1.通過改造標(biāo)準(zhǔn)具的涂層設(shè)計(jì)，減小散射和吸收造成的光損失，它可以使反 射率達(dá)到百分之99.99到