第4章千涉装置与光场时空相 干性激光激光 4.1分波前干涉装置4.2光源宽度对干涉场衬比度的影响 4.3光场的空间相干性4.4薄膜干涉4.5迈克耳孙干涉仪 4.6非单色性对干涉场衬比度的影响4.7傅里叶变换光谱仪 4.8光场的时间相干性4.9多光束干涉法里布珀罗干涉仪 4.10激光4.11强度相关实验中子束干涉实验 4.1分波前干涉装置 ●概述 ●几种典型装置·散斑干涉 ●两点说明干涉条纹的变动·点源位移 *** ●概述 本章将在第2章光波干涉引论的基础上,介绍一些典 型的干涉装置和干涉仪及其实际应用,并结合实际干涉装 置,阐述两个重要概念即光场的空间相干性和光场的时间 相干性,相应地导出两个反比律公式,以定量地反映光场的 时空相干性 为了消除普通光源发光随机性所引起的场点相位无 206-
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规跃变的影响,以保证场点相位差的稳定性通常的办法是 借助光学系统将点源发出的一列光波分解为二,使其经过 不同途径后,再重新交叠由于这样得到的两列波来自同 点源故它们频率相同,相位差稳定,且存在振动方向一致的 平行分量,从而满足相干条件,在交叠区中出现稳定的可观 测的干涉场 使一波列先分解后交叠的方法有两种 (1)分波前法( division of wavefront).点光源产生的波 前在横向分为两部分,使其分别通过两个光学系统,经衍 射、反射、折射或散射而实现交叠,如图4.1所示.杨氏双孔 实验是这类分波前干涉装置的典型代表 (2)分振幅法 (division of amplitude).让一束光投射到 由透明板制成的分束器光能流一部分反射,一部分透射,再 通过反射镜等一类光学元件,让这两束光发生交叠在第2 章中实现平行光干涉的两种典型光路图2.23和图2.24,就 是这类分振幅干涉装置本章将要研究的薄膜干涉、迈克耳 孙干涉仪和多光束干涉仪,也均系分振幅干涉 207
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●几种典型装置 屏幕 图41分波前干涉的一般性构图 图42菲涅耳双面镜 N D 图43菲涅耳双梭镜 图44劳埃德镜 *归结为杨氏双孔干涉模型, 条纹问距为 Da F. Fr F d 针对具体装置去确定等效D、 等效d F (参见书147、148页) 图45对切透镜 -208
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●散斑干涉 如图45所示,镜面上撒有一些粉 末作为散射微粒在光束照射下,每一散 射点源发出球面波,其一半波前直接向 上方传播,另一半波前先是向下传播进 入玻璃板,再经背面镜面反射返回上方 与s若是在上方用一透镜或用眼接三≌ 收,便可得到一组同心干涉环.值得指出 图46散斑干涉 的是,这大量的散射颗粒之间不仅间距 很小,而且横向位置分布无规,致使这大量的一组组干涉环 之间的相干叠加退化为非相干叠加结果使干涉环变得格 外明亮 两点说明(参见书149页) ▲狭缝光源 ▲衍射效应 ●干涉条纹的变动 ▲泛论,干涉条纹的动态变动常常联系着许多实际应 用——干涉精密计量. △L)→条纹分布1)、△L)变化→条纹变动 ▲三种因素装置结枸变化介质变化光源 移动 ▲定量关系若光程差变化δ(△L=NA 则此处光强I变化N次,或移过N个条纹 ▲判断条纹变动的一般方法或一般原则或固定空间 点.看光程差△L)的变化;或固定光程差值,看空间点的变 化——通常跟踪“零级条纹”(如果允许的话)
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●点源位移 图4.7 (ss,=d 点源Q亠A,x0 相应,0级移动,0→0,8x 两者定量关系 (R1+r1)=(R2+r2 即(R2-R1)=(r1-n2) 注意到左右几何结构的相似性,且考虑傍轴近似,有 R2-R1) r1-2) R 结果δx D R 究竟移过几根条纹?看 D N R=2 △xD·ARA (目前、条纹间距不变) 210
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