09法布里-珀罗(F-P)干涉

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法布里-珀罗干涉仪 -

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成绩:《工程光学》期末论文题目:浅析“法布里-珀罗”干涉仪学院精密仪器与光电子工程学院专业测控技术与仪器年级20**级班级*班姓名**学号**********20**年**月浅析法布里-珀罗干涉仪一、摘要法布里-珀罗干涉仪这一名称来自法国物理学家夏尔·法布里和阿尔弗雷德·珀罗。

物理光学中,法布里-珀罗干涉仪(英文:Fabry-Pérotinterferometer)是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪,其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。

法布里-珀罗干涉仪也经常称作法布里-珀罗谐振腔,并且当两块玻璃板间用固定长度的空心间隔物来间隔固定时,它也被称作法布里-珀罗标准具或直接简称为标准具(来自法语étalon,意为“测量规范”或“标准”),但这些术语在使用时并不严格区分。

利用多光束干涉原理产生十分细锐条纹的最重要的仪器就是法布里-珀罗干涉仪(或记F-P干涉仪),它是在平板的两个表面镀金属膜或多层介质反射膜使反射比达到90%以上来实现多光束干涉的。

仪器简图如下:图1 法布里-珀罗干涉仪简图二、关键词:法布里-珀罗干涉仪物理光学工程应用三、物理光学知识点介绍F-P干涉仪仍属于光束平板干涉,常见平板干涉仅考虑反射光的双光束干涉,下面先简要介绍平板双干涉的基本原理。

(1)平行平板干涉图2 平行平板的分振幅干涉上图给出了利用平行平板获得的分振幅干涉。

扩展光源上一点S发出一束光经平行平板的上、下表面的反射和折射后,在透镜后焦面P点相遇产生干涉。

由于在照明空间,两支相干光来自于同一光线SA,因此其干涉孔径角β=0。

在干涉场,对应的两支相干光汇聚在透镜的焦平面F上,P点处的强度为I(P)=I1+I2+2√I1I2COSk∆式中,I1和I2是两支相干光各自在P点产生的强度;∆是两支相干光在P 点的光程差,由图2可得出∆=n(AB+BC)−n′AN式中,n和n'分别是平板折射率和周围介质的折射率;N是从C点向AD所引垂线的垂足。

法布里珀罗干涉仪原理及应用分析

法布里珀罗干涉仪原理及应用分析

法布里珀罗干涉仪原理及应用分析马宝红;张战杰【摘要】With the development of the optical technology,interference is being widely applied.In the course of the interference's application;the F-T plays an important role for structural characteristics and high visibility of small sharp inference fringes.So it is necessary study F-T's basic structure and application to provide the theoretical support for its extensive application.%随着激光技术的发展,干涉被广泛的应用在许多领域,其中法布里-珀罗干涉仪因其结构特点,以及能够产生可见度较高的细锐干涉条纹的特点,在干涉的应用中发挥着重要作用.对于法布里珀罗干涉仪的结构原理和应用原理的分析为其更为深入的应用提供了理论支持.【期刊名称】《洛阳师范学院学报》【年(卷),期】2012(031)011【总页数】3页(P29-30,33)【关键词】法布里—珀罗干涉仪;谐振腔;光学测量【作者】马宝红;张战杰【作者单位】洛阳师范学院物理与电子信息学院,河南洛阳471022;洛阳职业技术学院,河南洛阳471000【正文语种】中文【中图分类】O734.10 引言干涉是一个重要的光学过程,随着激光技术的发展,干涉被应用在许多领域.在这些应用中,能够产生良好的多光束干涉效果的法布里—珀罗干涉仪(Fabry-Perot,简称F-T)更是被广泛应用于例如激光器谐振腔、精细距离的测定、信号的检测分析等等.这些应用基本体现了法布里—珀罗干涉仪两个方面的优势,一个是干涉仪中两个平板间的多光束干涉,一个是光束透射出两个平板后的多光束干涉.在这些干涉的应用中,突出的问题就是了解把握一些细节,使得干涉效果的利用能够达到最好.例如,光学谐振腔的频率选择性,信号检测分析的精确性等等.本文较为详细的分析了法布里—珀罗干涉仪的基本构造原理及应用原理,以期对法布里—珀罗干涉仪的更广泛应用提供参考.1 法布里—珀罗干涉仪的原理分析1.1 干涉仪的装置介绍图1 法布里—珀罗干涉仪简图法布里—珀罗干涉仪(见图1)主要由两块平行放置的平面玻璃板或是石英板G1、G2组成,两块板的内表面镀有反射率很高的反射膜以提高内表面的反射率.同时,两块平板精确地保持平行,平行度一般达到(1/20~1/100)λ.另外,为了避免没有镀膜表面产生的反射光的干扰,两块平板通常具有(1'~10')的小楔角.如果G1、G2之间的光程可以调节,则是通常所谈到的法布里—珀罗干涉仪,如果G1、G2间放一个空心圆柱形的间隔器,则二者之间的距离固定不变,这样的装置称为法布里—珀罗标准具.本文所讨论的内容为法布里珀罗干涉仪.1.2 法布里—珀罗干涉仪的工作原理法布里—珀罗干涉仪的工作原理为多光束干涉(如图2).图2 法布里—珀罗干涉仪原理图示设入射光第一次入射到板面时的振幅为A0,平板G1、G2内表面的反射率为ρ,且存在ρ =其中A'为反射光振幅.当光第一次入射到板面时,根据能量守恒原理,可以得到透射G1到G2之间的光束的振幅为:同理可以得到从平板G2透射的光束的振幅为1-()ρ A0.如图2所示,从G2透射出的光束振幅依次为ρ 1-(ρ A0)、为等比级数.如果假设第一束透射光的初相位为零,则各光束相位差依次为0、φ、2φ、3φ…,其中n为两平板G1、G2之间介质的折射率,d0为两平板之间的距离,i2为光束透射过平板G1时的折射角.从G2透射出的光线通过如图1中所示的凸透镜L2,在其焦平面上形成黑色衬底上细锐亮条纹的干涉图样,其合振幅表示式为2 法布里—珀罗干涉仪的应用分析2.1 法布里—珀罗干涉仪作为谐振腔的应用法布里—珀罗干涉仪在光学谐振腔中的应用相当于电子学的滤波器.当光束进入两块平板玻璃G1、G2之间后,光束会在两板之间发生多次的反射和入射(此时,G1、G2的作用就是谐振腔中的腔镜),并且入射波和反射波会发生涉.为了使自再现模在谐振腔内形成稳定的振荡,就要求光波因干涉而得到加强,即满足谐振的条件:光波在腔内往返一周的总相移等于2π的整数倍,即其中2ΔΦ为光波的总相移,q为一个没有量纲的正整数,称为纵模系数.根据公式(3)可以得到只有频率满足公式(4)的光束才可能在F-T干涉仪的谐振腔中具有最大的透过率.其中,L为干涉仪中两个反射平板间的距离,c为光速,n为两板之间介质的折射率,当两板间为空气时,可近似认为n=1.当入射光的入射角i1确定时(即透射角i2确定),能够通过谐振腔透射出来的光波频率νq和谐振腔的长度L相关.因此,以法布里珀罗干涉仪作为谐振腔的激光器对于入射光束具有选择性.2.2 法布里—珀罗干涉仪的光学测量应用由公式(2)可知,当平板反射率确定时合振幅A2的值随着相位差φ的改变而变.当φ=0、2π、4π、…时,其中A0入射光振幅.当φ=π、3π、5π、…时,其中ρ为两平板的反射率.由公式(5)、(6)可得:其中I表示出射光束的叠加强度.由公式(7)可以看到,反射率ρ越大干涉光强度的对比越强烈,即干涉条纹的可见度越好.因此,当选用反射率ρ比较大(接近于1)的平板时透射光会形成几乎全黑的背景下一组很细的锐利亮条纹.正是这个特点使得法布里—珀罗干涉仪广泛的应用于光谱测量.分析公式(1)可以得到,当干涉仪两板的距离d0、入射光波长λ确定时,如果入射光的入射角i1也确定,那么相应的板间折射角i2也是确定的.此时,两板间介质折射率n与相位差存在关系其中在以上条件下是一个常数.从公式(8)可以清楚的看到,当介质折射率变化时能够引起相位差的变化,从而引起干涉条纹强度即条纹亮暗的变化,为介质折射率的测量提供有效的方法,并且能够在其基础之上用作加速度计以及温度自补偿折射率计,也为干涉仪的更广泛应用提供了可能.同理,当板间距、入射角以及板间介质的折射率确定时,入射光波长的变化同样能够引起相位差的变化从而引起干涉条纹的变化,为入射光波长的测量提供了另一种有效方法.干涉仪的这两种应用也已经在文献[3]和[4]中有所体现.3 总结法布里—珀罗干涉仪原理、结构简单,干涉条纹可见度好.正是这些优点使得它应用于光学的各个领域.随着研究的需要,对于法布里—珀罗干涉仪的改进型利用越来越多,例如将其应用于太赫兹波长的测试以及文献[3]、[4]中提到的应用等等.但是,这些应用都是基于法布里—珀罗干涉仪的基本原理之上.因此,对于其原理的细致分析能够在其现有的应用基础之上再与其他仪器以及领域例如通信、工程等结合,深入开发法布里珀罗干涉仪更为广阔的应用范围.参考文献[1]姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,2002.[2]石顺祥.光电子技术及其应用[M].北京:科学出版社,2010.[3]李国辉,徐得明.波长扫描法布里—珀罗光纤加速度计研究[J].光学技术,2000,26(4).[4]邓明,饶云江.基于光子晶体光纤法布里—珀罗干涉仪的温度自补偿折射率计[J].光学学报,2009,29(7).[5]曹铁岭,姚建铨.基于法布里—珀罗干涉仪的太赫兹波长测试仪[J].现代科学研究,2008,2.。

1.9 法布里-珀罗干涉仪

1.9 法布里-珀罗干涉仪
不同点:
迈克耳孙干涉仪为等振幅的双光束干涉(为什么?)
法布里—珀罗干涉仪为振幅急剧减少的多光束干涉 亮条纹极其细锐

复色光入射

4

n2 h cos i2
随 改变,不同波长的最大值出
现在不同的方向,成为有色光谱。
13

应用 研究光谱线超精细结构的工具 激光谐振腔借用了其工作原理

(98%以上)时的情形 1 各束透射光的振幅基本相等 A≈A0 等振幅的多光束干涉,合振幅为(计算过程见附录1-6):
Amax A0
振幅极大
2k 1
Amin 1 1 Amax
11
1 (k 0,1,2) 时,Amin 1 A0 振幅极小
可见度愈显著

A与 的关系

A
2
A0
2
4 1 sin 2 (1 ) 2 2
0 无论 如何,A几乎不变
1 0,2 ,4 , 时,A=Amax, 稍有偏离,A→0。
纵坐标为透射光干涉的相对光强

作爱里函数曲线 亮条纹宽度↓

暗条纹强度↓
条纹的锐度和可见度↑!
12

与迈克耳孙干涉仪的比较
相同点:
相当于迈克耳孙等倾干涉,相邻两透射光的光程差 表达式与迈克耳孙干涉仪的完全相同,所以条纹的形状、 间距、径向分布很相似。
介质表面上的多次反射和透射
4
夏尔.法布里Charles Fabry (1867-1945) 阿尔弗雷德.珀罗 Alfred Perot (1863-1925)
1897年发明 法布里—珀罗空腔谐振器

法布里-珀罗干涉仪

法布里-珀罗干涉仪

m
2nd sin
2nd sin
• 干涉条纹之间靠得很近。 • 中心干涉条纹距离较大且条纹本身较粗。
法布里-珀罗干涉仪
自由光谱范围(色散范围)
• 各色光干涉极大不发生级次交叠的最大波
长范围。
2nd cos m
m
重叠
m 1
d m d
dm
d
m 1 (相邻条纹)
法布里-珀罗干涉仪
法布里-珀罗干涉仪
F-P干涉仪与F-P标准具
两块镀有高反膜的平行玻璃板,若 间隔可以改变,则称为F-P干涉仪; 如果间隔固定,则称为F-P标准具。
法布里-珀罗干涉仪
法布里-珀罗干涉仪的原理 与基本方程
Snell定律
法布里-珀罗干涉仪
法布里-珀罗干涉仪的原理
• 透射光振幅为:
• 透射光强为:
由Stokes定律:
性能产生影响。
法布里-珀罗干涉仪
F-P干涉仪的分辨本领优于棱镜、光栅
F-P干涉仪,1cm长度,波长500nm , m=40000 , 反 射 率 90 % , Ne≈28 :
R>1×106
R mNe
重火石棱镜,边长10 cm ,在波 长 4358.6Ǻ 处 , dn/dl = 2.7×10 - 5/Ǻ:
d
4nd
cos
d 2
2m d
法布里-珀罗干涉仪
分辨本领
• 由Rayleigh判据: 单色条纹的半值宽度=不同波长条纹峰值角间距
2(1 R) d 2m d
R
R
m R
1 R
mNe
Ne
1
R R
有效光 束数 法布里-珀罗干涉仪
法布里-珀罗干涉仪的分辨本领

多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪

多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪

第三章 干涉
三 法布里-珀罗干涉仪在光谱学中的应用
1)应用
(a)精确地比较光谱的波长
(b)用波长量度长度
(c)研究光谱的超精细结构。
2)色散本领 (1)色散本领定义:
两谱线中心的波长间隔 与 被分开的
角距离 之ik 比称为色散本领。
16
§6 多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪
第三章 干涉
(2)色散本领公式:
§6 多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪
一 多光束干涉的光强分布公式
At Atr '2 Atr '4 Atr '6 Atr ' Atr '3 Atr '5 Atr '7
第三章 干涉
r——膜外到膜
内的振幅反射率
t ——膜外到膜
内的振幅透射率
r'——膜内到膜
外的振幅反射率
t ' ——膜内到膜
外的振幅透射率
r r' r2 tt' 11
§6 多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪
第三章 干涉
(1)反射光和透射光的光强公式 振幅
At Atr '2 Atr '4 Atr '6 Atr ' Atr '3 Atr '5 Atr '7
A1 Ar
A2
Atr
't
'
A3
Atr
'3
t
'
A1 ' Att '
A2 A3
' '
Atr2t ' Atr4t
反射光强
IR I0 IT
4R0I0 sin2 ( / 2)

法布里—珀罗干涉实验

法布里—珀罗干涉实验

实验 法布里—珀罗干涉实验一、实验目的⑴掌握简单光路的分析和调整方法⑵了解法布里—珀罗的原理及观察法布里—珀罗干涉现象 二、实验原理法布里—珀罗标准具主要是由平行放置的两块平面板所组成,如图所示。

O SL 1GG'L 2SOi在两个板相向的表面G 和'G 上镀有反射率较高的薄膜,若两平行镀膜平面之间的间隔可以改变,则该仪器称为法布里—珀罗干涉仪.面光源S 放在透镜L 1的焦平面上,使许多方向不同的平行光束在G 和'G 间作来回多次的反射.最后透射出来的平行光束在第二透镜L 2的焦平面上形成同心圆形的等倾干涉条纹。

上图表示一入射角为1i (折射角为2i )的光束的多次反射和透射。

设镀面的反射率为'20()A A ρ=,其中0A 为入射光第一次射到前表面G 时的振幅,'A 为反射光的振幅,则透射光的振幅为0。

第一次在后表面'G 反射的振幅为0。

透射的振幅为0(1)A ρ-。

从后表面'G 相继透射出来的各光束的振幅依次为230000(1)1...A A A A ρρρρρρρ--、()、(1-)、(1-)、。

这些相互平行的透射光束如果一起通过透镜L 2,则在焦平面上形成薄膜干涉条纹。

相邻两光束在到达透镜L 2的焦平面上的同一点时,彼此的光程差值都相等,其值为2022c o s n d i δ= 由此引起的相位差为20224cos n d i ππϕδλλ==若第一束透射光的初位相为零,则各光束的位相依次为0,,2,3,...ϕϕϕ振幅以等比级数(公比为ρ)而依次减小(因ρ<1),位相则以等差级数(公差为ϕ)而依次增加。

多束透射光叠加的合振幅A 的平方,由下式表示:212024/[1sin ()](1)2A A ρϕρ=+- (1) 式中1/224[1sin ()](1)2ρϕρ+-称为艾里函数,其中24(1)F ρρ=-称为精细度,它反映干涉条纹的细锐程度。

法布里—珀罗干涉仪

法布里—珀罗干涉仪
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。
9
Optics 光学
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。
10
Optics 光学
d
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。
例4. (南开大学99年考研试题)用水银蓝光( =435.8纳米) 扩展光源照明迈克耳孙干涉仪,在视场中获得整20个干涉 圆条纹.现在使M1远离M2,使d逐渐加大,由视场中心 冒出500个条 纹后,视场内等倾圆条纹变为40个.试求此
干涉装置的视场角、开始时的间距d1和最后的间距d2.
解:如图,M1是圆形反射镜,M2是圆形 反射镜M 的像,二者等效为空气膜
sin2 1 N
A2 A02
2
sin2 1
2
A0 每束光振幅 N 光束总数 φ 相邻两束光之间的位相差
23
法布里—珀罗标准干涉仪(多光束干涉)
当G、G' 面的反射率很大时(实际上可达90%,甚至98%以上)
由 G'透射出来的各光束的振幅基本相等,这接近于等振幅的多光束干涉。
计算这些光束的叠加结果,
2
面.它们对观察透镜中心的张角2i2是 视场角.当M1和M2的起始间距为d1 时,对于视场中心和边缘,分别有
M1 d
M2
i2
2d1 k中
2d1 cosi2 (k中 20)
间距由d1增加到d2的过程中,冒出500个条纹,则此时对 中心和边缘有

用法布里-珀罗(F-P)干涉仪测量钠黄双线的波长差

用法布里-珀罗(F-P)干涉仪测量钠黄双线的波长差

用法布里-珀罗(F-P)干涉仪测量钠黄双线的波长差实验报告实验名称:用法布里-珀罗(F-P)干涉仪测量钠黄双线的波长差实验日期____________温度___________压力___________ 同组者___________一、实验预习部分(实验前完成,并检查,教师签名)1,实验目的:1、了解 F-P干涉仪的结构,掌握调节与使用F-P干涉仪的方法;2、用F-P干涉仪测定钠黄双线的波长差。

2,实验原理:法布里-珀罗(F-P)干涉仪是根据平行平面板反射单色光的多光束叠加产生细窄明亮干涉条纹的基本原理制造的,如图2所示,F-P干涉仪的主要部件是两块各有一面镀高反射膜的玻璃板G1和G2,使镀膜面相对,夹一层厚度均匀的空气膜,利用这层空气膜就能够产生多光束干涉现象。

来自光源任一点的单色光以入射角 照射到平行板上,这时透射光是许多透过平板的平行光束的叠加。

任一对相邻光束的光程差为并且由计算得出,透射光束叠加后的光强λπδ22sin)1(411R R I I -+='式中R 是反射率。

这个结果表明,I' 随δ 改变而变化。

并且,当)2,1,0 ==m m (λδ时I' 为极大值。

当)2,1,0(2/)12( =+'=m m λδ时,I' 为极小值。

3,实验注意事项:1、 仪器轻拿轻放,防止碰撞和震动,以防止两镜面擦伤。

2、 禁止用手触及光学零件的透光表面。

3、 转动测微螺旋和调节螺丝时动作要轻,不要急促右斜向用力。

4、 移动钠灯时需一手持灯体一手托底座。

5、 禁止调节F-P 干涉仪后面一个镜面。

4,实验仪器:反射镜: φ30mm, 平面度1/20λ移动镜预置螺旋:最小分度值0.01mm ,行程10mm 测微螺旋精度:最小分度值0.01mm ,估读0.001mm测量精度 最小读数值0.0005mm,行程1.25mm (20:1)最小读数值0.0002mm,行程0.5mm (50:1)低压钠光源:20W5,实验步骤:一、实验准备,观察多光束干涉条纹1、 光学实验平台上,放置F-P 干涉仪使其面向实验者,仪器中心离实验台边缘约40cm 并将仪器的两个磁性底座锁紧。

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实验九 法布里-珀罗(F-P)干涉仪测钠双线的波长差[实验目的]1.了解法布里-珀里(F-P)干涉仪的结构,掌握调节与使用F-P 干涉仪的方法; 2.用F-P 干涉仪观察钠双线的实验现象。

[仪器和装置]法布里-珀里(F-P)干涉仪,钠光灯,测量望远镜法布里-珀里(F-P)干涉仪是由两块间距为h ,相互平行的平板玻璃G 1和G 2组成,如图1所示。

为了获得明亮细锐的干涉条纹,两板相对的内表上镀有高反射铝膜或多层介质膜,两反射面的平面度要达到1/20 ~ 1/100波长,同时,两板还应保持平行。

为了避免G 1、G 2外表面反射光的干扰,通常将两板做成有一小楔角。

将G 2固定,G 1可连续地在精密导轨上移动,以调节两板间距h 。

F-P 干涉仪属于分振幅多光束等倾干涉装置。

可用有一定光谱宽度的扩展光源照明,在透镜L 的焦平面上将形成一系列很窄的等倾亮条纹。

与迈克耳逊干涉仪产生的双光束等倾干涉条纹比较,F-P 干涉仪的等倾圆纹要细锐得多,如图2所示。

一般情况下,测量迈氏仪产生的圆条纹时读数精度为 1/10条纹间距左右;对F-P 干涉仪产生的圆条纹,其读数精度可高达条纹间距的 1/100 ~ 1/1000。

因此,F-P 干涉仪常用于高精度计量技术与光谱精细结构分析。

[实验原理]如果投射到F-P 干涉仪上的光波中含有两个光谱成分λ1、λ2,其平均波长为λ,则在L 的焦平面上,可以得到分别用实线(λ2)和虚线(λ1)表示的两组同心圆条纹(λ2>λ1),如图3所示。

两波长同级条纹的角半径稍有差别。

对于靠近条纹中心的某点(θ≈0),两波长干涉条纹的级次差()21122121222λλλ-λ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛πφ+λ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛πφ+λ=-=∆h h h m m m (9-1) 另外,由图3可知图1 F-P 干涉仪光路原理图图2 两种干涉仪产生的干涉图 a) F-P 干涉仪产生的多光束干涉图 b) 迈氏干涉仪产生的双光束干涉图图3 波长λ1和λ2的两组等倾圆纹e e m ∆=∆(9-2)式中,Δe 是两波长同级条纹的相对位移量,e 是同一波长的条纹间距。

比较上两式,当λ1≈λ2时,可得到hee 2212λ∆=λ-λ=λ∆ (9-3)式中,平均光波长λ由分辨本领较低的分光仪预先测定。

因此,只要测出e 、Δe 和h 就可按式(9-3)计算出波长差Δλ。

应该注意的是,利用上述方法测量Δλ时,不允许使两组条纹的相对位移Δe 大于条纹间距e ,即不允许发生干涉级次的交错现象。

[内容和步骤]1. 调试仪器(1) 转动手轮1将G 1与G 2间的间距调至2mm 左右,再分别调节G 1、G 2背面的螺钉3使之松紧程度大致相同。

(2) 点亮钠灯,调节光窗位置,使之处于G 1板的正前方。

(3) 在钠灯光窗的毛玻璃上画一个十字线,则在G 2的透射光中可看到十字线的多个象,分别调节螺钉3和微调旋钮4,使各个十字线象完全重合。

此时,视场中应有条纹出现,将圆纹中心调至视场中央。

左右移动眼睛,仅圆条纹中心随眼睛移动,而环径大小不变,这表示G 1和G 2内表面平行。

换用望远镜观察,略微调节旋钮4,便可得到图2所示的圆纹。

2.观察现象旋转微调手轮2,缓慢减小G 1和G 2的间距。

注意用力均匀轻缓,不能使两者相碰。

然后反方向旋转微调手轮2,增大h 。

必须沿一个方向旋转手轮,不得中途逆转,以避免回程误差。

这时视场中条纹数逐渐增加,并且开始分离出双线。

注意观察实验现象继续增大h ,当Δe=e 时,λ1的第m 级条纹与λ2的第m -1级条纹重合,称此为重级现象。

若再继续增大h ,将出现Δe>e ,发生级次交错。

在测试中是不允许出现级次交错。

[思考题]1. 分振幅双光束干涉条纹与多光束干涉条纹的强度分布有什么不同?原因是什么?2. 开始调节F-P 干涉仪时,圆纹中心往往偏在一边甚至不在视场内;或者圆纹中心虽在视场中央,但移动眼睛时,圆纹中心不仅移动,环径也随之改变,这些现象如何解释?如何纠正?Experiment 9 Use of Fabry-Perot interferometer to measure wavelengthdifference between sodium doublet lines[Experimental Objectives]1. To understand the configuration of Fabry-Perot interferometer and master the operating technique of F-Pinterferometer2. To observe sodium doublet lines interferogram by F-P interferometer.[Apparatus and Setup]Fabry-Perot interferometer, sodium lamp, and measuring telescopeAs shown in Fig. 1, Fabry-Perot interferometer consists of two glass plates, which are parallel to each other with the separation of h . In order to obtain bright and sharp fringes, high-reflection aluminum film or multilayer dielectric film is coated onto the internal surfaces of the plates. The flatness of two reflection surfaces is of 1/20 ~ 1/100 wavelength. In addition, the two plates must be kept strictly parallel. Usually, the plates are wedge-shape to prevent the disturbance of reflection lights from external surfaces. G 2 is fixed, and G 1 can be moved continuously along a precision track to adjust the separation h .Fig. 1 Principle of Fabry-Perot interferometerF-P interferometer is an amplitude-splitting multiple-beam equal-inclination interferometer. When a light source with certain spectrum width is used, a series of very narrow equal-inclination bright fringes will be produced on the focal plane of the lens L in F-P interferometer. As shown in Fig. 2, these fringes are much narrower than those produced by double-beam equal-inclination interference of a Michelson interferometer. In most of cases, the reading accuracy for Michelson interferometer is about 1/10 fringe separation, whilst that for F-P interferometer can reach 1/100 ~ 1/1000 fringe separation. Therefore, F-P interferometer is usually used for high-accuracy measurement and fine-spectrum analysis.Fig. 3-2 Interferograms produced by two interferometersa) Interferogram produced in F-P interferometer b) Interferogram produced in Michelson interferometerReflection film[Experimental Principle]For the light projected to F-P interferometer, there are two wavelengths of λ1 and λ2, whose average value is λ. On the focal plane of L, two concentric circular fringes (λ2>λ1) appear, denoted with solid line (λ2) and broken line (λ1) in Fig. 3. Please note that there are slightly differences in angular radius for the same order fringes produced by two wavelengths.Fig. 3 Two equal-inclination circular fringes for wavelength λ1 and λ2For a certain point close to the center (θ≈0), the order difference of two fringes is()21122121222λλλ-λ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛πφ+λ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛πφ+λ=-=∆h h h m m m . (9-1) In addition, from Fig. 3, we havee em ∆=∆ (9-2)where, Δe is the relative displacement for the same order fringes, and e is the fringe separation for certain wavelength.Comparing the above two equations, when λ1≈λ2, we havehee 2212λ∆=λ-λ=λ∆ (9-3)where, the average wavelength λ is pre-determined by a spectrometer with relatively low resolution. Therefore, once e , Δe and h are determined, the wavelength difference Δλ can be calculated using Eq. (9-3).Please note that, when using this method to determine Δλ, it is not allowed that the relative displacement Δe is larger than the fringe separation e , i.e., order overlapping not allowed.[Experimental Procedure]1. Adjust the system(1) Turn Hand-wheel 1 until the separation between G 1 and G 2 is about 2mm. And then adjust Screws 3 behind G 1 and G 2 to the same tightness.(2) Turn on the sodium lamp and adjust the position of the light window to make it right ahead G 1.(3) Draw a cross line on the sodium lamp’s window and several cr oss-line images may appear. Adjust Screws 3 and Knob 4 consequently to make the images entirely superimposed. At this moment, fringes can be seen in the field of view. Move the fringe center to the center of the field. If move the eyes right and left, only the fringe center shifts with eye movement, and the size of circular fringes keeps unchanged, which indicates the internal planes of G 1 and G 2 are parallel. Circular fringes, as shown in Fig. 2, can be observed through the measuring telescope. Adjust Knob 4 slightly, if necessary.2. Observe the phenomenonTurn Hand-wheel 2 to reduce the separation between G1 and G2. Then turn Hand-wheel 2 to increase h continuously (to avoid hysterisis error), more fringes are produced and doublet lines are present. If continue to increase h until Δe=e, the m th fringe of λ1 will be superimposed with the (m-1)th fringe of λ2, which is called superimposing phenomenon. Increasing h further, Δe>e, resulting in interference order overlapping, which is not allowed during the test.[Questions]1. What is the difference in intensity contribution between amplitude-splitting multi-beam fringes and double-beam fringes? Why?2. When adjusting F-P interferometer, the fringe center is slanting or even out of the field of view; or the fringe center is in the field center, but the fringe center moves and the cyclic fringe size also changes when moving the eyes. How to explain this phenomenon? And how to correct it?。

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