法布里-珀罗干涉仪 Fabry-Perot Interferometer 1. 多光束干涉_百度知 ...
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发布时间：2024-10-13 01:08
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时间：2024-10-13 05:26
1. 多光束干涉
本质上，F-P标准具是一个多光束干涉装置，通过振幅分割的方式将一束光转化为多光束，这些光束形成干涉并产生干涉图样。由于干涉条纹明亮细锐，该仪器具有很高的分辨本领，适合用于分辨波长差距微小的光束。在实际应用中，常用于观察激光的线宽等。
1.1 平行平面薄膜上的多次反射
在一个折射率为n的介质形成的平板上，入射一个平面波，平板位于折射率为n'的介质中（最常见的情况是玻璃平板放置于空气中），波将在前后介质表面均发生反射，重复多次得到的多光束是相干的，可以发生多光束干涉。
如图所示，平面波A0沿AB方向从n介质入射至n'介质中，n'介质为平板，平面波在经过n的上下表面时均发生反射，反射的光束经过透镜汇聚到平面上的某一点。入射角i等于反射角，反射角决定了经过凸透镜后聚焦的点的位置。这个点的亮暗取决于多光束之间的光程差，在固定好平板厚度和折射率的情况下，亮暗只取决于i。
如果AB绕入射法线旋转，则聚焦的点也会绕O点旋转，形成一个圆环，这意味着相同入射角的光线，形成的干涉条纹最终会在同一个圆环上。因此使用一个扩展光源，将会得到一系列的亮环和暗环，这就是F-P标准具多光束干涉的基本物理图像。
1.1.1 观察反射的情况
设入射振幅为A0，经过第一个界面的振幅反射/透射系数分别为r1、t1，第二个界面为r2、t2。
在连续反射的过程中，反射波的振幅为A0e^(2ir0)，其中r0是相位差（相邻两束反射光），后一次反射比前一次反射在平板内多走了一段路程，表达式为Δl = 2ndcosi。
其中，Δl是光程差，表达式为Δl = 2ndcosi，其中，i是入射角，λ是入射波的真空波长，d是平板厚度。所以有Δl = 2ndcosi。
得到的总的反射波振幅为（注意不是光强）A0e^(2ir0)，由斯托克斯倒逆关系有r = t。
有r = t，F-P标准具的整体反射率为R = r1^2r2^2。
其中Q称为精细度，其和F-P标准具的条纹精细程度有关。
整体反射率简化为R = r1^2r2^2。
1.1.2 观察透射的情况
类似的，透射多光束的振幅分别为A0e^(2ir1)、A0e^(2ir2)，合成的透射波的振幅为A0e^(2ir1+2ir2)。
因此，F-P标准具的总透射率为T = 1 - R = 1 - r1^2r2^2。
可以看出，当R越大时，T越小，即透射峰越窄。
2022.10.31 第一版
2023.10.26 第二版
