多光束干涉
《多光束干涉原理》课件
干涉光谱技术
光谱技术原理
01
多光束干涉原理在光谱技术中应用广泛，如傅里叶变换光谱仪
和干涉滤光器等。
光谱技术应用
02
干涉光谱技术可用于气体分析、化学反应动力学研究、天文学
和医学诊断等领域。
光谱技术优势
03
干涉光谱技术具有高分辨率、高灵敏度和高精度等优点，能够
提供更准确的光谱信息。
量子干涉
量子干涉原理
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多光束干涉的分类
多光束干涉是指多个光束在空间相遇并相互叠加的现象。根据干涉的形成方式，多 光束干涉可以分为分波面干涉和分振幅干涉两种类型。
分波面干涉是指多个光束通过不同的反射或折射路径，在空间某一点相遇并形成干 涉的现象。常见的分波面干涉实验有薄膜干涉、牛顿环等。
分振幅干涉是指多个光束经过不同的光学元件处理后，在空间某一点相遇并形成干 涉的现象。常见的分振幅干涉实验有双缝干涉、多缝干涉等。
多光束干涉原理
contents
目录
• 引言 • 多光束干涉的基本概念 • 杨氏双缝干涉实验 • 多光束干涉的应用 • 多光束干涉的实验演示 • 多光束干涉的未来发展
01
引言
干涉现象简介
干涉现象
当两个或多个波源的波发生叠加时，在某些区域波峰与波峰相遇，产生振幅增 强，即干涉加强；在某些区域波峰与波谷相遇，产生振幅相消，即干涉相消。
总结词
随着新材料技术的不断发展，多光束干涉有望在新型光学材料中得到更广泛的应用，为干涉现象提供更多的可能 性和灵活性。
详细描述
近年来，新型光学材料如拓扑绝缘体、超材料和光子晶体等不断涌现，这些材料具有独特的光学性质，能够实现 传统材料无法达到的光学行为。通过将这些新材料应用于多光束干涉中，有望创造出更复杂、更精确的干涉图案 ，进一步拓展干涉现象的应用领域。
多光束干涉原理
2
A0
2
4ρ ϕ 1+ ⋅ sin 2 (1 − ρ ) 2 2
ρ → 0 无论 ϕ 如何，A几乎不变
ρ →1 ϕ = 0,2π,4π,L 时，A=Amax，ϕ 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↓
ρ↑
条纹的锐度和可见度↑！
等比数列 等差数列
ϕ
2ϕ
3ϕ
透射光相互平行，通过L2在焦平面上形成薄膜干涉条纹。 ▲ 两束透射光的位相差： 2π 4π ϕ= δ= n2 h cos i2 I22 与 I11： δ = 2n2 h cos i2
λ
λ
I33 与 I11： 2δ I44 与 I11： …
2ϕ
3ϕ
与迈克耳孙干涉 仪的完全相同。
1897年发明 法布里—珀罗空腔谐振器
20世纪50年代中期，肖洛与美国著名物理学家汤斯共同研究微波激射问 题。当汤斯提出受激辐射放大原理时，肖洛第一个提出运用没有侧壁的开放 式法布里-珀罗腔作振荡器的设想。1960年，他和汤斯研制出第一台激光器。
法布里—珀罗干涉仪 为了得到十分狭窄、边缘清晰、十分明亮的干涉 条纹，采用位相差相同的多光束干涉系统。 一、实验装置 面光源 s 放在透镜L1的 焦平面上 。 接收屏s’放在透镜L2的 焦平面上。 透明板G1//G2，其相向的 平面上渡有高反射膜， 要求渡膜表面很平（与 标准样板的偏差不超过 1/20—1/50波长）。
----多缝的干涉 波前分割 ----多缝的干涉
提高介质表面的反射率， 提高介质表面的反射率，使多束反射光或透射光参与干涉
介质表面上的多次反射和透射
多次反射和透射产生的多光束干涉
多光束干涉特点 -回复
多光束干涉特点 -回复
多光束干涉是一种光学现象，它所具有的特点包括以下几个方面。
多光束干涉是指当两个或多个光束相遇时，它们会产生干涉现象。
这些光束可以来自同一光源的不同路径，也可以来自不同的光源。
在干涉过程中，光的波动性起到关键的作用。
多光束干涉显示出明暗相间的干涉条纹。
这些条纹由光的波长和路径差决定。
当两束光的波长相同且光程差为整数倍波长时，干涉达到最大，呈现出明亮的区域。
相反，当光程差为半整数倍波长时，干涉达到最小，呈现出暗淡的区域。
多光束干涉可以用于测量物体厚度、薄膜厚度及表面形貌等。
通过测量干涉条纹的移动或变化，可以推导出被测物体的相关参数。
这种干涉技术在科学研究、工业生产和医学诊断等领域有着广泛的应用。
多光束干涉还可用于制造光栅和分光仪等光学元件。
光栅是一种具有周期性结构的光学器件，能够将入射光分散成不同的波长。
而分光仪则利用光的干涉现象对不同波长的光进行分离和检测，从而实现光谱分析和测量等任务。
多光束干涉是一种重要的光学现象，具有干涉条纹明暗变化、广泛的应用领域以及用于制造光学元件等特点。
这些特点使得多光束干涉在光学研究和实际应用中发挥着不可替代的作用。
多光束干涉原理
多光束干涉原理
多光束干涉是一种光学现象，它是由多束光线相互干涉而产生的。
在多光束干涉中，光线经过不同路径传播后再相遇，产生干涉现象。
多光束干涉原理是光的波动性质所决定的，它是光学中重要的现象之一。
多光束干涉的原理可以用干涉条纹来解释。
当两束光线相互干涉时，它们的光程差会导致光的相位发生变化，从而产生明暗交替的条纹。
在多光束干涉中，不同的光线经过不同的路径传播后再相遇，它们的光程差会导致不同的干涉条纹。
这些干涉条纹的分布规律可以用来研究光的波动性质和介质的光学性质。
多光束干涉的原理还可以用干涉仪来实验。
干涉仪是一种用来观察干涉现象的仪器，它可以产生多束光线并使它们相互干涉。
通过干涉仪可以观察到干涉条纹的形成和分布，从而研究光的波动性质和介质的光学性质。
多光束干涉的原理在实际应用中具有重要意义。
例如，在光学显微镜和干涉测量仪中，都会利用多光束干涉原理来实现光学成像和精密测量。
通过对多光束干涉原理的研究和应用，可以更好地理解光的波动性质和介质的光学性质，从而推动光学技术的发展和应用。
总之，多光束干涉原理是光学中重要的现象之一，它是由光的波动性质所决定的。
通过对多光束干涉原理的研究和应用，可以更好地理解光的波动性质和介质的光学性质，从而推动光学技术的发展和应用。
多光束干涉原理的研究不仅有理论意义，还具有重要的应用价值，对光学技术的发展和应用具有重要的推动作用。
多光束干涉
光强最大.
由：N k (k 0,1 )
2
若 N k 2 k (k N,2N )
2
N
Imin 0 光强最小！
7
1 - 5 法布里-泊罗干涉仪 第1章 光的干涉
在相邻最大光强之间有（N-1）个最小光强，还 有次极大光强.
次极大光强位置：利用 dI / dδ = 0 可解得；
由
I
a2
(k’=2N)
存在的次极大光强.
将“超越函数”平方，可得：s in 2
N
/
2
N 2 tan2
1 N 2 tan2
/
2 /2
N
tan
tan
N
2
2
1
N (N
2 2
sin2 / 2 1)sin2
/
2
9
1 - 5 法布里-泊罗干涉仪 第1章 光的干涉
1
N (N
2 2
sin2 / 2 1)sin2
多光束合成的光强：
I
A2
~2 A
a2
(1 eiN )(1 eiN ) (1 ei )(1 ei )
a2
2 (eiN 2 (ei
eiN ) ei )
a2 1 cos N 1 cos
a2
sin2 N / 2 sin2 / 2
合成的光强！
3、讨论光强分布特点：
5
1 - 5 法布里-泊罗干涉仪 第1章 光的干涉
用一独立光源的
光线，入射到两个平
行的介质板中，利用
光的反射、折射形成
多光束干涉.
dn
其中：Δ 2nd cos
P
2 2nd cos （半波损失抵消） 0
多光束干涉.jsp
k 2nh s in k
瑞 δθ>Δθk双谱线可分辨
利 判
δθ<Δθk双谱线不可分辨
据 δ θ =Δθ k刚刚能分辨
令δ θ =Δθ k
m
Rc
k
m
1 R R
k R
1 R
例题 : 一FP仪，腔长h〜2cm，镀膜反射率R〜0.98， 试求出在波长〜500nm附近的最小波长间隔和分辨本 领
┇
透
~
U
~
1
(tt ) A0
射 多 光
U
~
2
r2 (tt)ei A0
U
~
3
r4 (tt)ei(2 ) A0
束 U 4 r6 (tt)ei(3 ) A0
┇
n1 i nө n2
1 23 45
1’ 2’ 3’ 4’
公比：r2ei
2 2nhcos
公比：r2ei
3.反射、透射场的光强分布和特点
等比级数求和公式
k 2nh 2 2cm 8104
500nm
m
500nm
8104
1 0.98 1
4105 nm
Rc 107
这个分辨率是极高的，足可以分辨由塞曼效应导致的 谱线分裂。钠光双黄线589.0nm和589.6nm，在外磁 场103高斯（即0.1T）时所分裂的谱线差约10-4nm。
4. FP仪的自由光谱范围
§4.9 多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪
一.多光束干涉的光强分布和特点
二.法布里--珀罗干涉仪用于分辨超精细光 谱
三.法布里-珀罗谐振腔的选频功能
一.多光束干涉的光强分布和特点 1.相干多光束的形成
n1 i
1 23 45
多光束干涉条纹特点
多光束干涉条纹特点多光束干涉（DBI）是一种物理学现象，它是由多条平行的光束经过一个孔或立方体，然后形成一系列具有重复特征的条纹现象。
这些条纹也被称为多光束干涉条纹。
此外，多光束干涉条纹也可以被说明为由多个平行的光束在光的波长当中碰撞，产生的结果。
在物理学中，多光束干涉条纹的形成有一些关键的特点。
首先，当有多个光束通过一个孔或立方体时，彼此之间会产生干涉现象。
这是因为每一个光束都会在孔穴或立方体墙壁上反射，随后重新进入其他孔穴，从而形成了一种类似“相位差”的现象。
其次，在这种干涉现象下，最终实现的特征便是产生条纹。
此外，这些条纹也会随着时间发展变化，因此也有分为运动条纹和静止条纹的区分。
最后，由于条纹是由多条光束碰撞形成的，因此也可以说明多光束干涉条纹的特点，比如，光束的多少、多光束的相位差和共面波导路径等。
多光束干涉条纹特点的研究领域多光束干涉条纹的特点也影响了它在研究领域的应用。
首先，多光束干涉条纹的特点可以用于在光的波长当中测量和比较多光束的位移大小，从而增加了光学实验可以做的精确性和直观性。
此外，多光束干涉条纹的特点也可以用于检测多光束的时间延迟等特性，这可以极大的提升测量准确度。
此外，多光束干涉条纹的特点也有助于改善实验设备的测量性能，以及提高实验精确度。
多光束干涉条纹特点的实际应用多光束干涉条纹的特点也有多个实际应用。
首先，多光束干涉条纹的特点可以用于科学研究，例如，多光束干涉实验可以用来研究多光束的干涉现象，以及光线在量子范畴中的行为等。
此外，多光束干涉条纹的特点也可以用于实验仪器的设计和开发，例如，它可以用于激光测距仪的精确测量，以及光学探测器的特性测试和诊断等。
最后，多光束干涉条纹的特点也可以用于大规模的工业应用，例如，它可以用于实现军事卫星的技术发射以及精确的定位系统、运营模拟系统和工厂自动化控制系统等。
总结从上述可以看出，多光束干涉条纹的特点是当有多个光束通过一个孔或立方体时，彼此之间会产生干涉现象，最终实现的特征便是产生条纹。
多光束干涉
法布里－珀罗干涉仪和陆末－盖尔克板
一、法布里－珀罗干涉仪：
S L1
F－P干涉仪由两块略带楔角
的玻璃或石英板构成。如图 所示，两板外表面为倾斜， G1 使其中的反射光偏离透射光 G2 的观察范围，以免干扰。 L2 两板的内表面平行，并镀有 高反射率膜层，组成一个具 有高反射率表面的空气层平 P 行平板。 法布里－珀罗干涉仪简图
r Im 0
平行平板的多光束干涉
对于透射光方向： 形成亮条纹和暗条纹的条件分别为 2m 和 2m 1 m 0,1,2 而强度分别为 1 t i t i I I IM I 和 m
1 F 可见，不论是在反射光方向或透射光方向，形成 亮条纹和暗条纹的条件都与双光束干涉时在相应 方向形成亮暗条纹的条件相同，因此条纹的位置 也相同。
平行平板的多光束干涉
3.条纹强度随反射率R的变化。 当反射率R很小时 4 R 由于 F 2 1 R 远小于1 2
故
I
r
I t
F 2 2 I F sin 1 cos 2 2 1 F sin 2 2 1 F i 2 I 1 F sin 1 1 cos 2 2 2 1 F sin 2
i
F sin
平行平板的多光束干涉
与双光束干涉强度分布公式
比较可知 上两式正是双光束干涉条纹的强度分布， 其表明，当反射率R很小时，可以只考虑 头两束光的干涉。
I I1 I 2 2 I1I 2 cos 0
平行平板的多光束干涉
透射光条纹
反射光条纹
透射光条纹：
（1）、当R很小时，极大→极小变化不大，条纹对比度很差。
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第四章多光束干涉
4.1 法布里－珀罗（F-P）标准具两反射面的反射系数为0.8944,求(1)条纹的位相差半宽度；
(2)条纹精细度。
4.2 分别计算R=0.5, 0.8, 0.9, 0.98时，F-P标准具条纹的精细度。
4.3 F-P标准具的间隔h=2mm，所使用的单色光波长λ=632.8nm,聚焦透镜的焦距f=30cm,试求条纹图样中第5个环条纹的半径。
（设条纹图样中心正好是一亮点。
）
4.4 将一个波长稍小于600nm的光波与一个波长为600nm的光波在F-P干涉仪上进行比较。
当F-P干涉仪两镜面间距离改变1.5mm时，两光波的条纹系就重合一次，试求未知光波的波长。
4.5 F-P标准具的间隔为2.5mm，问对于λ＝500nm的光，条纹系中心的干涉级是多少？如果照明光波包含波长500nm和稍小于500nm的两种光波，它们的环条纹距离为1/100条纹间距，问未知光波的波长是多少？
4.6 F-P标准具两镜面的间隔为0.25mm，标准具产生的λ1谱线的干涉环系中第2环和第5环的半径为2mm和3.8mm，λ2谱线的干涉环系中第2环和第5环的半径分别为2.1mm和
3.85mm。
两谱线的平均波长为500nm，试决定两谱线的波长差。
4.7 在4.3题中，如果标准具两镜面的反射率为R=0.98，(1)标准具所能测量的最大波长差是多少？(2)所能分辨的最小波长差是多少？
4.8 已知汞同位素在绿光的四条特征谱线的波长分别为546.0753nm, 546.0745nm, 546.0734nm, 546.0728nm，它们分别属于汞的同位素Hg198, Hg200, Hg202, Hg204。
问用F-P标准具分析这一结构时，如何选取标准具的间隔？（设标准具两镜面的反射率R=0.9。
）
4.9 如果把激光器的谐振腔看作为一个F-P标准具，激光器的腔长h=0.5m，两反射镜的反射率为R=0.99，试求输出激光的频率间隔和线宽（设气体折射率n=1，输出谱线的中心波长λ＝632.8nm）。
4.10λF-P干涉仪两反射镜的反射率为0.5，试求它的最大透射率和最小透射率。
若干涉仪为一折射率为n=1.6的玻璃平板所代替，最大透射率和最小透射率又是多少？（不考虑系统的吸收。
）
4.11 在上题中，若考虑到干涉仪镜面的吸收，其吸收率为0.05，试求干涉仪最大透射率和最小透射率。
4.12 如图所示，F-P标准具两镜面的间隔为1cm，在其两侧各放一个焦距为15cm的准直透镜L1和会聚透镜L2。
直径为1cm的光源（中心在光轴上）置于L1的焦平面，光源发射波长为589.3nm的单色光；空气的折射率为1。
（1）计算L2焦点处的干涉级。
在L2的焦面上能观察到多少个亮条纹？其中半径最大条纹的干涉级和半径是多少？（2）若将一片折射率为1.5，厚为0.5mm的透明薄片插入标准具两镜面之间，插至一半位置，干涉环条纹将发生怎样的变化？
12题图
4.13法布里—珀罗干涉仪中镀金属膜的两玻璃板内表面的反射系数为8944.0=r ，试求（1）锐度系数；（2）条纹半宽度；（3）条纹锐度。
4.14法布里—珀罗干涉仪常用来测量波长相差很小的两条谱线的波长差。
设干涉仪两板的间距为0.25mm ，它产生的1λ谱线的干涉环系中第2环和第5环的半径分别为2mm 和3.8mm ，2λ谱线的干涉环系中第2环和第5环的半径分别为2.1mm 和3.85mm 。
两谱线的平均波长为500nm 。
试决定两谱线的波长差。
4.15已知汞绿线的超精细结构为546.0753nm ，546.0745nm ，546.0734nm ，546.0728nm ，它们分别属于汞的同位素204202200100,,,Hg Hg Hg Hg 。
问用法布里—珀罗标准具（两板间距固定的法布里—珀罗干涉仪）分析这一结构时如何选取标准具的间距？（设标准具板面的反射率9.0=R ）。
4.16激光器的谐振腔可以看作是一个法布里—珀罗标准具。
（1）导出激光器输出激光的频率间隔表示式；（2）导出输出谱线宽度的表示式；（3）若氦氖激光器腔长m h
5.0=，两反射镜的反射率99.0=R ，输出激光的频率间隔和谱线宽度是多少？（设气体折射率1=n ，输出谱线的中心波长nm 8.632=λ）。