工程光学基础教程教学课件ppt作者郁道银谈恒英第十十一章PPT文档格式.ppt
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由前面的分析知道,干涉条纹是空间位置对S1、S2等光程差的轨迹。
由S1、S2在xOz平面中形成的干涉条纹,显然是距S1和S2等光程差点的集合,这是一簇以S1和S2为焦点的双曲面,在xyz-O三维空间,等光程差轨迹则是该簇双叶双曲线绕S1、S2连线回转的双曲面簇。
某个观察屏上的干涉条纹,相当于屏平面与双曲面簇的交线。
容易分析和理解,在S1和S2连线的垂直平面上,得到的交线形成圆环形条纹,而在S1、S2连线的等分线的远方,得到的是杨氏干涉的等距直条纹,在其他平面上得到双曲线状条纹。
21292H,四、两个单色相干点源在空间形成的干涉场,图10-5两相干点源的干涉场a)等光程差面b)不同位置的条纹形状,21292H,四、两个单色相干点源在空间形成的干涉场,图10-6例题10-2图,21292H,第三节干涉条纹的可见度,一、两相干光束振幅比的影响二、光源大小的影响和空间相干性三、光源非单色性的影响和时间相干性,21292H,一、两相干光束振幅比的影响,两相干光的振幅比对于干涉条纹的可见度有影响,当A1A2时,K1;
A1A2时,K1。
两光波振幅差越大,K越小。
设计干涉系统时应尽可能使K1,以获得最大的条纹可见度。
21292H,二、光源大小的影响和空间相干性,
(一)条纹可见度随光源大小的变化
(二)空间相干性,21292H,二、光源大小的影响和空间相干性,图10-7多组条纹的叠加,21292H,
(一)条纹可见度随光源大小的变化,图10-8把扩展光源分成许多元光源,21292H,
(一)条纹可见度随光源大小的变化,图10-9条纹可见度随光源宽度的变化,21292H,
(二)空间相干性,图10-10空间相干性,21292H,
(二)空间相干性,图10-11光源非单色性对条纹的影响a)强度分布曲线b)可见度曲线,21292H,三、光源非单色性的影响和时间相干性,
(一)光源非单色性的影响
(二)时间相干性,21292H,
(一)光源非单色性的影响,实际使用的单色光源都有一定的光谱宽度,这就会影响条纹的可见度。
因为条纹间距与波长有关,范围内的每条谱线都各自形成一组干涉条纹,且除零级以外,相互有偏移,各组条纹重叠的结果使得条纹可见度下降,21292H,
(二)时间相干性,光波在一定的光程差下能够发生干涉的事实表现了光波的时间相干性。
我们把光通过相干长度所需的时间称为相干时间。
显然,若同一光源在相干时间t内不同时刻发出的光,经过不同的路径相遇时能够产生干涉,则称光的这种相干性为时间相干性。
它对应于光波场纵方向上空间两点的相位关联。
相干时间t是光的时间相干性的量度,它决定于光波的光谱宽度。
21292H,第四节平板的双光束干涉,一、干涉条纹的定域二、平行平板产生的等倾干涉三、楔形平板产生的等厚干涉,21292H,一、干涉条纹的定域,如前所述,两个单色相干点源在空间任意一点相遇,总有一个确定的光程差,从而产生一定的强度分布,并都能观察到清晰的干涉条纹,这种干涉称为非定域干涉。
在扩展光源的情况下,在空间任意一点,由光源上不同点源出发到达该点的产生双光束干涉的两支相干光的光程差不同,从而在该点引入了光程差变化;
在/4的那些区域,条纹可见度下降,观察不到清晰的干涉条纹;
而在/4的那些区域,尽管采用了扩展光源,条纹仍保持有高的可见度。
这样,就解决了条纹亮度与可见度间的矛盾。
能够得到清晰条纹的区域称为定域区(该区域若对应平面或曲面则称为定域面)。
可见,定域干涉是和扩展光源的使用联系在一起的,它本质上是一个空间相干性的问题。
由于分振幅干涉是实现=0的干涉,因此,条纹的定域区可以根据在照明场中对应于=0的光线通过干涉系统后在干涉场中的交点的轨迹来确定。
21292H,二、平行平板产生的等倾干涉,图10-12平行平板的分振幅干涉,21292H,二、平行平板产生的等倾干涉,图10-13产生等倾条纹的装置,21292H,三、楔形平板产生的等厚干涉,
(一)定域面和定域深度
(二)楔板产生的等厚条纹,21292H,三、楔形平板产生的等厚干涉,图10-14平行平板干涉的反射光条纹和透射光条纹a)反射光干涉及条纹对比度b)透射光干涉及条纹对比度,21292H,
(一)定域面和定域深度,图10-15用扩展光源时楔形平板产生的定域条纹a)定域面在板上方b)定域面在板内c)定域面在板下方,21292H,
(一)定域面和定域深度,图10-16人眼瞳孔对光束的限制,21292H,
(一)定域面和定域深度,图10-17楔形平板的干涉,21292H,
(一)定域面和定域深度,图10-18观察板上等厚条纹的一种实用系统,21292H,
(二)楔板产生的等厚条纹,
(1)平板由A处移到B处,观察到有10个暗条纹向中心收缩并一一消失。
(2)所用光源的波长宽度为0.05nm,问只能检验多厚的平板?
(2)按题设,光源的相干长度为,21292H,
(二)楔板产生的等厚条纹,图10-19几种不同形状的等厚条纹a)楔面b)柱面c)球面d)不规整面,21292H,
(二)楔板产生的等厚条纹,图10-20例题10-4图,21292H,第五节典型的双光束干涉系统及其应用,一、斐索干涉仪二、迈克耳逊干涉仪三、泰曼-格林干涉仪,21292H,一、斐索干涉仪,
(一)激光平面干涉仪
(二)激光球面干涉仪,21292H,一、斐索干涉仪,图10-21激光平面干涉仪,21292H,
(一)激光平面干涉仪,图10-22用等厚条纹检查表面的平面度与缺陷,21292H,
(二)激光球面干涉仪,图10-23用球面样板检查球面零件,21292H,
(二)激光球面干涉仪,图10-24球面干涉仪a)检查凹球面b)检查凸球面,21292H,二、迈克耳逊干涉仪,图10-25迈克耳逊干涉仪,21292H,二、迈克耳逊干涉仪,图10-26混合型条纹,21292H,三、泰曼-格林干涉仪,图10-27泰曼-格林干涉仪a)检查棱镜b)棱镜干涉图,21292H,第六节平行平板的多光束干涉及其应用,一、平行平板的多光束干涉二、法布里-珀罗干涉仪三、光学薄膜与薄膜光波导,21292H,一、平行平板的多光束干涉,
(一)干涉场的强度分布公式
(二)干涉条纹的特征(三)干涉条纹锐度和精细度,21292H,
(一)干涉场的强度分布公式,图10-28在透镜焦面上产生的多束光干涉,21292H,
(二)干涉条纹的特征,当增大时,亮纹变得细锐。
当1时,得到全暗背景上清晰的极细锐的亮纹,这是多光束干涉的最显著和最重要的特点。
在实际应用中都采用透射光的多光束干涉条纹。
21292H,(三)干涉条纹锐度和精细度,图10-29不同反射比下多光束干涉强度分布曲线(透射光),21292H,(三)干涉条纹锐度和精细度,图10-30条纹半宽度,21292H,二、法布里-珀罗干涉仪,
(一)F-P干涉仪的结构与工作原理
(二)用作光谱线的超精细结构研究,21292H,
(一)F-P干涉仪的结构与工作原理,图10-31法布里-珀罗干涉仪,21292H,
(二)用作光谱线的超精细结构研究,1.测量原理F-P标准具具有高分辨能力,常用来测量波长相差非常小的两条光谱线的波长差,即光谱学中的超精细结构。
2.F-P标准具的自由光谱区和分辨本领在测量工作中,当时,=,正好两组条纹重叠(越一个级次重叠),在视场里看到一组条纹,这时对应e/e=1。
21292H,1.测量原理,图10-32波长和的两组条纹,21292H,2.F-P标准具的自由光谱区和分辨本领,图10-33两个波长的条纹刚好被分辨时的强度分布,21292H,三、光学薄膜与薄膜光波导,
(一)单层膜
(二)双层膜和多层膜(三)几种常用光学薄膜,21292H,
(一)单层膜,1.单层增透膜2.单层反射膜3.半波长膜nh=0/2,即=2时,由图10-35及式(10-73)可知,不论单层膜的折射率是大于还是小于基片的折射率,膜系对波长为0的反射比同不涂层时一样。
21292H,
(一)单层膜,图10-34单层介质膜的反射和透射,21292H,1.单层增透膜,图10-35介质膜的反射比曲线,21292H,2.单层反射膜,图10-35介质膜的反射比曲线,21292H,3.半波长膜,nh=0/2,即=2时,由图10-35及式(10-73)可知,不论单层膜的折射率是大于还是小于基片的折射率,膜系对波长为0的反射比同不涂层时一样。
21292H,
(二)双层膜和多层膜,1.双层增透膜2.多层高反膜限于篇幅,这里不作详细介绍。
21292H,1.双层增透膜,涂镀不同大小的n,可得到不同的nG,从而改变达到增反或增透的目的。
低折射率膜对应了低的等效界面折射率从而有低的反射比(增透);
高折射率膜对应了高的等效界面折射率从而有高的反射比(增反),这是涂层的基本性质。
21292H,2.多层高反膜限于篇幅,这里不作详细介绍。
低折射率层的折射率;
的下标“正”和“0”分别表示对应于正入射和仅考察波长0的情况的反射比。
由式(10-82)可知,nH和nL相差越大,膜层数2p+1越多,膜系的反射比就越高。
21292H,(三)几种常用光学薄膜,1.干涉滤光片干涉滤光片是利用多光束干涉原理制成的一种从白光中过滤出近单色光的多层膜系。
2.彩色分光膜在彩色电视和彩色印刷中,需要把光分成红、绿、蓝三原色。
3.波导薄膜前面讨论了薄膜对于控制入射光的反射和透射性能方面的应用,这是薄膜光学研究的基本问题。
21292H,1.干涉滤光片,图10-36金属膜干涉滤光片,21292H,1.干涉滤光片,图10-37彩色分光系统1反蓝透红绿彩色分光膜2反红透蓝绿彩色分光膜3绿色滤光片4红色滤光片5蓝色滤光片,21292H,2.彩色分光膜,在彩色电视和彩色印刷中,需要把光分成红、绿、蓝三原色。
21292H,3.波导薄膜,图10-38平面波导,21292H,3.波导薄膜,图10-39棱镜耦合,21292H,3.波导薄膜,图10-40光栅耦合,21292H,第十一章光的衍射,21292H,第十一章光的衍射,第一节光波的标量衍射理论第二节典型孔径的夫琅和费衍射第三节夫琅和费衍射和傅里叶变换第四节光学成像系统的衍射和分辨本领第五节多缝的夫琅和费衍射第六节衍射光栅第七节菲涅耳衍射第八节光学信息处理第九节全息术,21292H,第十一章光的衍射,图11-1光的衍射现象,21292H,第十一章光的衍射,图11-2衍射系统中的三个波前,21292H,第一节光波的标量衍射理论,一、惠更斯-菲涅耳原理二、菲涅耳-基尔霍夫衍射公式三、基尔霍夫衍射公式的
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