4郭永康+光的干涉-11

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,CH 4-11、12,迈克耳孙干涉仪,Michelsons interferometer,1,4.11,迈克耳孙干涉仪,2,迈克耳孙在工作,迈克耳孙,（,A.A.Michelson,）,美籍德国人,因创造精密光学仪器，用于进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，,获,1907,年诺贝尔物理奖。,3,十字叉丝,等厚条纹,一. 迈克耳孙干涉仪的光路,镜,M,2,与镜,M,1,像之间空气膜的干涉,M,1,2,2,1,1,S,半透半反膜,M,2,M,1,G,1,G,2,E,4,二. 干涉条纹,1.,等倾圆环,可用扩展光源观察,相邻暗纹的角距离,相邻环线的线距离,-观测透镜焦距,5,(1),当,整个视场为暗区（实际由于镀膜视场不暗）；,a.,中心亮暗交替，,h,每改变,，,光程改变,，,暗亮转换一次；,c.,同一位置处,(,i,固定)条纹随,h,增加越来越密。,b.,圆环不断从中心涌出并向外散开,，,h,每增加,从中心生出一个新亮点;,(3),当,h,减小,时，,1),相同；,2)、3),相反；圆环向中心靠拢,(2),当,h,增大,时，有,：,*,等倾条纹特点,6,(4),当白光入射时，只有,h,= 0,时视场应为均匀视场。,2.,等厚干涉条纹,M,2,不平行于,M,1,尖劈干涉,h,增大时整套条纹向楔棱边移动,7,例,用波长为,的单色光观察迈克尔孙等倾干涉圆环。,初始状态，干涉场中有,20,个暗环，且中心为暗点；移动,M,2,后,看到中心吞吐,20,圆环,而干涉场中还,剩,10,暗环,。求 (不考虑镀膜),(1) M,2,移动时空气膜厚度增大还是减小?条纹是从,中心“吐出”还是在中心被“吞没”?,(2) M,2,移动的距离?,(3),初态中心暗点的干涉级?,(4),终态从中心向外数第,5,个暗环的角位置?,8,解:,(1),在同样的视场中，初态有,20,个环，终态有,10,个环条纹变稀疏,初,终：,膜厚逐渐减小,条纹逐渐,向中心沉没,(2),设初态膜厚,h,1,，,末态膜厚,h,2,，,视场角为,i,初,末,9,暗环方程,中心,视场边缘,初,末,中心,视场边缘,视场角,10,由方程,(1)-(2),得,初态中心暗环位置,(4),设终态第五个暗环的角半径为,i,5,(3),11,条纹种类,等倾圆环条纹,牛顿环(平凸透镜),楔形膜等厚条纹,形成条件,M,2,/M,1,扩展光源,i,很小,正入射(点光源准直),定域,无穷远处,或透镜焦面,膜表面附近,形状,同心圆环，内疏外密,平行等距直线,动态变化,(,h,增大),中心亮暗交替,条纹从中心向外扩散，变密,中心亮暗交替,条纹向中心收缩并沉没,条纹密度不均匀,条纹向棱平移,条纹密度不变,h,大时条纹向棱凸,白光条纹,h=,0,均匀暗场,h,很小,彩纹,内红外紫,h,=0,暗点,中心附近数条彩环,内紫外红,h,= 0，,暗线,两侧彩条对称,近棱紫远棱红,三种干涉条纹比较,*,不考虑镀膜，膜上下方为同一介质,小结,12,三. 迈克尔孙干涉仪的应用,1.,测定长度及光的相干长度,视场中每变化(移动)一个条纹,/2,的空气膜距变化,单色光，待测长度,非单色光源,l,的最大量程,l,M,应为相干长度之半,13,2.,光谱分析傅立叶变换光谱仪,给定光谱线型，干涉强度随光程差变化关系,-傅立叶余弦变换,扩展到实数,用波函数表示的光谱强度,-2I,0,F.T.,-对称性,空域,频域,14,利用干涉仪测气体折射率,迈克尔孙干涉仪的应用实例,15,用迈克耳逊干涉仪测气流,16,光学相干CT 断层扫描成像新技术,（Optical Coherence Tomography简称OCT）,CT-Computed Tomography 计算机断层成象,第二代： NMR CT核磁共振成象,第三代： 光学相干CTOCT,微米量级的空间分辨率,第一代： X,射线CT,射线CT工业CT,* 迈克耳孙干涉仪的现代应用之例,17,* 样品中不同位置处反射回的光脉冲延迟时间不同,* 不同的材料或结构反射的强度不同,要实现微米量级的空间分辨率,即,就要求能测量 秒的时间延迟,激光器的脉冲宽度要很小,10,15,秒飞秒,原理示意图,18,时间延迟短至,10,14,10,15,s,电子设备难以直接测量,可利用光学迈克耳逊干涉仪原理,只有当参考光与信号光的某个脉冲经过相等光程时才会产生光学干涉现象,因为,10,15,秒 的光脉冲大约只有一个波长,光源,探测器,参考镜,眼睛,19,要测量从眼内不同结构回来的光延迟，只须移动参考镜，使参考光分别与不同的信号光产生干涉,参考臂扫描可得到样品,深度方向,的一维测量数据,光束在平行于样品表面的方向进行扫描测量，可得到,横向,的数据,将得到的信号经计算机处理便可得到样品的,立体断层图像,分别记录下相应的参考镜的空间位置,这些位置便反映了眼球内不同结构的相对空间位置,光源,探测器,参考镜,眼睛,20,实验装置,光纤化,的,迈克耳逊,干涉仪,光源,电子学系统,计算机,探测器,光纤耦合器,样品,光纤聚焦器,反射镜,21,大葱表皮的,OCT,图像,实际样品大小为,10mm,4mm,，图中横向分辨率约为,20,m，,纵向分辨率约为,25,m,应用,生物,医学,材料科学,我国第一台OCT的第一张图 清华原子分子国家重点实验室,22,