F-P干涉仪(精)

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实验1、F-P干涉仪实验

实验1、F-P干涉仪实验
6
实验原理 ——两玻璃板间距离
入射角
镀高反射膜 镀高反射膜
由公式 =2ndcos=mλ,对
于某一入射角 产生的的干涉条
G1
纹,当d改变时,其干涉条纹的级 数也会发生变化。
d初始值取1mm左右。
G2
会聚透镜 L
接收屏
7
实验内容
1、调节F-P干涉仪
调节过程中切勿使两镜相碰。
转动预置螺旋, 目测Gl和G2两个镜 面相距约1mm 。
入射角
镀高反射膜 镀高反射膜
G1 G2
会聚透镜 L
接收屏
要达到薄膜干涉条件, 必须使两玻璃板严格平行。
当不平行时,入射角为
的入射光,在两玻璃板间 多次反射,相当于多个点 光源以不同角度入射。
当入射光是点光源时, 可以根据出射光在接受屏 上的图象来判断两玻璃板 是否平行。
思考:如何调节和判断两玻璃板平行?
法布里玻罗干涉仪 产生的干涉条纹
迈克尔逊干涉仪 产生的干涉条纹
10
3、测定钠黄双线的波长差
(1)钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干 涉条纹。
根据原理推导:钠双 黄线的波长差用以下公式 计算:
பைடு நூலகம்
1
2
12
2d2
d1
其中 12 可为 2m 二波长平 均值的平方。对钠黄双线,
可取(589.3nm)2
2、为什么选择一套干涉环恰好夹在另一套干 涉环中间时记录数据?
15
实验一、F-P干涉仪测量钠 黄双线波长差
1
实验目的
了解 F-P干涉仪的结构,掌握调节与使用FP干涉仪的方法; 用F-P干涉仪测定钠黄双钠线的波长差。
实验仪器和装置 F-P干涉仪、测微目镜、 凸透镜、 低压钠 灯、毛玻璃、灯窗挡板

f-p原理及参数具体说明_0

f-p原理及参数具体说明_0

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------1 / 16f-p 原理及参数具体说明F-P 原理及参数具体说明 1. F -P 干涉仪的简要描述 F -P 干涉仪的核心是两个平面性和平行性极好的高反射光学镜面, 它可以是一块玻璃或石英平行平板的两个面上镀制的镜面, 也可以是两块相对平行放置的镜片, 即为空气间隔,如图 1 所示。

前一种形式结构简单, 使用时无需调整, 比较方便, 体积也小, 但由于材料的均匀性和两面加工平行度往往达不到很高水平, 故性能不如后者优良。

用固定间隔来定位的F -P 干涉仪又常称为 F -P 标准具。

间隔圈常用热膨胀系数小的石英材料(或零膨胀微晶玻璃) 。

它在三个点上与平镜接触, 用三个螺丝调节接触点的压力, 可以在小范围内改变二镜面的平行度, 使之达到满意的程度。

使用时常在干涉仪的前方加聚光透镜, 后方则用成象透镜把干涉图成象于焦平面上, 如图 2 所示。

图 1 F -P 干涉仪的多光束干涉 图 2 法布里-珀罗标准具的使用 F -P 干涉仪采用多光束干涉原理, 关于多光束干涉的详细理论可参阅有关专著, 我们在此就直接利用有关的一些关系式。

设每一镜面的反射率都为 R , 透射率为 , 吸收散射等引起的损耗率为 , 则有-----------------------------------------------------(1) 图 1 中相邻两光束的光程差为------------------------------------ (2) 其中 h 为镜面间隔距离, n 为镜间介质折射率,为入射光束投射角,为光束在镜面间的投射角。

干涉条纹定域在无穷远,在反射中光强分布由下式决定:------------------ (3) 在透射光中光强分布为----------------------------- (4) 其中0I 为入射角为的入射光强;而为相邻光束的相位差,来自由(2) 式表示的光程差和两次反射时的相位差变、:------------------------------------------------ (5) 其中1 、对金属膜可认为常数,对介质膜来说它们是零,下面我们不予考虑。

F-P干涉仪

F-P干涉仪
4.14 法布里-珀罗干涉仪 (F-P) 多光束薄膜干涉的应用
一. 结构
精确平行 镀多层膜
G1 G2
避免干扰,不平行 有微小角度5—30


A
递 减
B i
D i C nh
基本装置图
* 注意:G1,G2板可移动—光程可调
原理图
相邻两束光的光程差 2nhcosi 相邻两束光的相位差 2 4 nh cos i
若考虑镀膜和金属内表面反射
相邻两束光的相位差 2 4 nh cos i 2
二. 作为光谱仪的分光特性
F-P干涉仪:作为光谱仪,用于分析谱线的超精 细结构
* 不同谱线中心的位置差别
1. 色散本领 即:光谱仪将不同波长的谱线在位置上分开的能力
F-P干涉仪的第m级亮纹 定义:角色散本领
2nhcosi m
m
m1
F-P干涉仪的选频作用
2. 透射谱线的半值宽度
相差公式 4 nh
求微分取绝对值
Δ
4nh 2
Δ
代入半强相位宽度,得中心波长为 m 的谱线用波长表
示的半值宽度:
Δm
2 2nh
1 R R
用频率间隔表示为:
Δ m
c
2
Δm
di m
d 2nh sin i
D di
d
在同一级亮纹中波长相差为一 个单位的谱线所分开的角距离
D m , m 2nh cos i /
2nh sin i
D 1
tan i
i m D 越大
Байду номын сангаас
* 每一谱线本身的宽度
I
2. 色分辨本领
两谱线同一级强度恰能分辨的 0.5

09法布里-珀罗(F-P)干涉

09法布里-珀罗(F-P)干涉

实验九 法布里-珀罗(F-P)干涉仪测钠双线的波长差[实验目的]1.了解法布里-珀里(F-P)干涉仪的结构,掌握调节与使用F-P 干涉仪的方法; 2.用F-P 干涉仪观察钠双线的实验现象。

[仪器和装置]法布里-珀里(F-P)干涉仪,钠光灯,测量望远镜法布里-珀里(F-P)干涉仪是由两块间距为h ,相互平行的平板玻璃G 1和G 2组成,如图1所示。

为了获得明亮细锐的干涉条纹,两板相对的内表上镀有高反射铝膜或多层介质膜,两反射面的平面度要达到1/20 ~ 1/100波长,同时,两板还应保持平行。

为了避免G 1、G 2外表面反射光的干扰,通常将两板做成有一小楔角。

将G 2固定,G 1可连续地在精密导轨上移动,以调节两板间距h 。

F-P 干涉仪属于分振幅多光束等倾干涉装置。

可用有一定光谱宽度的扩展光源照明,在透镜L 的焦平面上将形成一系列很窄的等倾亮条纹。

与迈克耳逊干涉仪产生的双光束等倾干涉条纹比较,F-P 干涉仪的等倾圆纹要细锐得多,如图2所示。

一般情况下,测量迈氏仪产生的圆条纹时读数精度为 1/10条纹间距左右;对F-P 干涉仪产生的圆条纹,其读数精度可高达条纹间距的 1/100 ~ 1/1000。

因此,F-P 干涉仪常用于高精度计量技术与光谱精细结构分析。

[实验原理]如果投射到F-P 干涉仪上的光波中含有两个光谱成分λ1、λ2,其平均波长为λ,则在L 的焦平面上,可以得到分别用实线(λ2)和虚线(λ1)表示的两组同心圆条纹(λ2>λ1),如图3所示。

两波长同级条纹的角半径稍有差别。

对于靠近条纹中心的某点(θ≈0),两波长干涉条纹的级次差()21122121222λλλ-λ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛πφ+λ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛πφ+λ=-=∆h h h m m m (9-1) 另外,由图3可知图1 F-P 干涉仪光路原理图图2 两种干涉仪产生的干涉图 a) F-P 干涉仪产生的多光束干涉图 b) 迈氏干涉仪产生的双光束干涉图图3 波长λ1和λ2的两组等倾圆纹e e m ∆=∆(9-2)式中,Δe 是两波长同级条纹的相对位移量,e 是同一波长的条纹间距。

第四章光的干涉

第四章光的干涉

§6 激光谐振腔的选模原理
据相干加强条件 2nh=m m=1,2,3…; ∵ =c/ ∴满足相干加强的频率为 m= mc / 2nh(纵模)
相邻两纵模间隔 q= m+1- m= c / 2nh
相邻两纵模间隔 q= m+1- m= c / 2nh
例: He-Ne激光器中,原子发出的0=4.7×1014HZ ( 0 =632.8nm) 谱线的宽度=1.5×109HZ。 如果He-Ne激光器的腔长h=10cm,n≈1。问有多 少个纵模输出?如果h=30cm呢?
解: 相邻的两纵模间隔 q= m+1- m= c/2nh
1) 若激光器的腔长h=10cm 激光器输出的纵模个数
N= / q=1
2) 若激光器的腔长 h=30cm
N= / q= 3
§7 光学薄膜
镀膜技术
用真空蒸发、沉淀或甩胶的方法,在璃或 光滑的金属表面涂、镀一层很薄的透明电介质 或金属膜层。
空气
三.应用
1. 可测光的波长,透明薄膜的厚度, 折射率等。
2.可测光波的相干长度 max =L0= 2/ 。
§5 法布里—珀罗干涉仪 一.法布里—珀罗干涉仪的结构
扩展源
准直透镜
分束板,内侧镀膜 会聚透镜
G1,G2间,间距h可调—法布里-珀罗干涉仪
G1,G2间,间距h固定—法布里-珀罗标准具
多光束相干光在L2焦平面上形成等倾圆环条纹
h=mmax/2。 若膜厚发生变化dh,干涉级次发生变化dm
等倾条纹
M1
M1⊥M2 M1‖M max ↓ → mmax ↓
b. 若 h↑ → max ↑→ mmax ↑ 若dm=N,则dh=N/2,测量精度数量级
2.等厚条纹

多光束干涉

多光束干涉

补充:自由光谱范围 设 1、2 1 2 ( )二光以相同方向射入F-P标准具,各生
一组同心环状亮条纹。 对同一级次 k(二波长亮圆环有一定位移)
(k 1)2 k 2 k 1
(k 1)1
设波长差大到某一 值,二圆环重合
2h cos i k1 (k 1)2
2 1
2
6.1
多光束干涉强度分布公式
A
P 1
i
P2
At
Atr 2 Atr 4
Ar Artt '
Ar 3tt ' Ar 5tt '
Atr Atr 3
Att '
Att ' r 2 Att ' r 4
r 2 为镀银面的强度反射系数
当 r 1 , t 1时,反射光中 t
r tt 1
ik 4 10 rad 0.001
(2) i 固定, 变化(非单色平行光入射) 由于多光束干涉,在很宽的光谱范围内只有某些特定 波长 k 附近出现极大。 当i
0 时,k 满足 2nh kk (k 0,1, 2...)
2nh k k
kc vk k 2nh
2
2
将此值代 入IT 表达式:
I0 I0 IT I0 2 2 2 4 R sin ( / 2) 4 R( 4) 1 1 2 (1 R) (1 R)2
可得
2(1 R ) (*) 定量说明R对干涉条纹锐 度的影响。 R
R 1, 0 ,即反射率越大,干涉条纹的锐度越大。
由等比级数公式
首项 级数和 1 公比

UT
Att 1 r 2 ei

低锐度F—P干涉仪调谐的TEA CO2激光器

低锐度F—P干涉仪调谐的TEA CO2激光器
fr e omet . er
Ke o d : o a u a c n e f r me e ;TEA L s r y w r s L w c t n e F P i t re o t r CO2 a e ;Tu a i t n bl y i
1 引 言



( 1) ( 2)
带调谐输出 。
关键 词 : 锐 度 FP干 涉 仪 ; A C 光 器 ;调 谐 低 — TE O 激 中 图分 粪 号 : TN28 2 4 2 文献标识码 : A 文 章 编 号 :0 508 (0 20 3 90 1 0—0 6 2 0 )40 4 3
TEA CO2La e ne y Lo Fi ne s Fa r — r o nt r e o e e s r Tu d b w ne s b y Pe t tI e f r m t r
吴 谨 .万 重怡 ,万 朋 ,程 亮 ,王 东 雷 , 荣 清 谭
( 国科 学 院 电 子 学 研 究 所 , 京 10 8 ) 中 北 0 0 0
摘 要 : 用 低 锐 度 F P干 涉 仪 作 为 高功 率 脉 冲 T A C 光 器 的辅 出耦 台镜 , 对 该 激 光 器 的 调 谐 特 采 E O 激 并 性 进 行 了实 验研 究 。 果 表 明 , 过 调 节 干 涉 仪 的间 距 , 种结 构 的 T A C 光 器 可 以很 容 易 实 现选 结 通 这 E O 激
式中, 相位 角参数 为
d ( 3)
从 式 () () 1 、 2 可见 , F P干 涉仪 的 R( ) 和 ( )
激 光 器 的 输 出耦 台 镜 , 以实现 输 出激 光 跃 迁 带 的选
择 。本文 报道 了这方 面 的初步 实验结 果 。

光的干涉(法布里波罗干涉仪)

光的干涉(法布里波罗干涉仪)

透射光强分布曲线 I =
透射光强
I0 1+ 4r
2 2 2
IT
I0
(1− r )
sin
2
∆ ϕ 2
.
r2 = 0.87
0
π
2 π
3 π
∆ ϕ
一. 结构和原理
d
平 单 色 扩 展 光 源 焦
L 1
L2

P
屏 幕
− f1
′ f2
(d固定时为法布里 珀罗标准具 (d固定时为法布里—珀罗标准具) 固定时为法布里 珀罗标准具) 两平板玻璃内表面镀高反膜, 两平板玻璃内表面镀高反膜, 外表面略倾斜 为什么? (为什么?).
光强公式(证明见附录1.5 1.5二. 光强公式(证明见附录1.5-1.6)
P点的光振动为多束光振动(1、2、3…)在 点的光振动为多束光振动( ) 点的叠加,用数学式表示: P点的叠加,用数学式表示:
EP = E1 +E2 +L
用复振幅表示E1、E2…光振动. 光振动. 用复振幅表示E 光振动
% = A i(−kr+ϕ0 ). E e
2 A ( −r2)2 1 = 1+ r4 −2r2 cos∆ ϕ 2 A ( −r2)2 1 = ( −r2)2 + 2r2( −cos∆ ) 1 1 ϕ 2 A 2 = 2R( −cos∆ ) ( R = r ) 1 ϕ 1+ 2 ( − R) 1
IT =
4R ϕ 2 ∆ 1+ sin ( ) 2 (1− R) 2
设 1 的复振幅为
~ ′ei⋅0, E = Att 1
由于相邻两光束的光程差为
δ = 2n2d cosi2 ← 薄膜干涉结论

法布里-珀罗(F-P)干涉仪

法布里-珀罗(F-P)干涉仪

1 12
2d 12 1/ 2
(4.71)
在一般的应用中,F-P 干涉仪的自由谱区和细度应做得比较大, 例如自由谱区达到 100GHz,细度达到 100。美国 Newport 公司生产的 超腔(Supercavity)的自由谱区可达 6000GHz,细度可达 5000,相应 的腔长 d=20μm。
假定谐振腔体和反射镜都是无损耗的,因此作为器件的反射功率 和透射功率应等于入射功率,即
E
r
E
* r
Eout Eo*ut
Ein Ei*n
(4.63)
定义谐振腔的总透射系数为
t Eout Ein
则功率透射系数为
T t t*
从(4.63)式可得
T
1 r r*
1
12
212 cos2
2 2
1
2 1 2
v v 两套干涉花样的空间位置重复。作为波长选择器件,F-P 干涉仪的 可用的频率范围不大于 Δν。
F-P 干涉仪的细度 F 定义为自由谱区 与谐振峰的半峰值点间的频率差 1/ 2 (常称作半极大值全带宽,缩写成 FWHM)的比值。从(4.65) 式可得
Tmax 1 1 12
1
2 2
Er
1 Ein
jt1 2 e 2d / c
1
1
jt 1
2e
j 2d
/
c
Ein
由(4.57)式可得
r
1
e t e 2
j 2d / c
12
2
j 2d / c
12
1 1 2e j 2d / c
1
1
e j 2d / c
2
e j 2d / c 12
(4.61) (4.62)

一种f-p干涉仪及其制备方法

一种f-p干涉仪及其制备方法

一种f-p干涉仪及其制备方法
一种f-p干涉仪是一种基于菲涅尔-普朗克(F-P)干涉原理的
光学仪器,通常用于测量光的波长、光谱特性和薄膜厚度等参数。

其制备方法可概括如下:
1. 制备反射镜:选择适当的基底材料(如玻璃或金属),并通过光罩制备高反射膜层。

利用物理气相沉积、溅射或离子束沉积等方法,在基底上沉积多层介质-金属-介质膜,以实现高反
射带宽。

2. 制备传输层:为了增加f-p干涉仪的透过率,需要在反射镜
之间插入一个或多个透明的传输层。

传输层可以使用具有合适折射率的单一材料或多层堆积方式来制备。

3. 调节间距:根据需要选择合适的反射镜和传输层,然后通过调节两个反射镜之间的间距来控制f-p干涉仪的工作方式。


据公式2d=mλ/n计算所需的间距,其中d是反射镜间的距离,m是波长的整数倍,λ是光的波长,n是介质折射率。

4. 安装光源:将适当光源(如激光器或白光源)连接到f-p干
涉仪的入射端,确保光线垂直入射。

5. 收集信号:通过光学器件(如透镜或光纤)收集f-p干涉仪
输出光信号,并将其传递到光谱仪或检测器中进行分析和记录。

以上就是一种f-p干涉仪及其制备方法的简要描述。

实际制备
过程可能还涉及对反射镜和传输层的表面处理、对干涉仪的对齐和校准等步骤,具体可以根据实际需要进行调整和改进。

基于FP光纤干涉仪的压力传感器

基于FP光纤干涉仪的压力传感器

光线压力传感器根本原理
制作一个硅杯同光纤端面产生一个F-P腔构造: 总体流程:干预光亮度(反射率R)→距离变化量→压力
干预光亮度→距离变化量
这一局部的实现是基于F-P干预仪的通过测量R(表征反射光
强)的大小→腔长变化的大小
前面有讲:R是一个随腔长变化的周期函数,为保证单值测
量,所以腔长变化限制在为λ/4内
2.测量灵敏度S= ωmax/q(腔距变化/压力)=
测量范围q= D*ωmax/(0.00406*a4) 显然灵敏度与测量范围相互矛盾! 3.当光源不稳定时(产生不可预知的光强变化),带来误差如何解决。
第一个问题的优化
可以通过采用硅膜- 光纤端面大面积比的方法 可满足F-P干预对反射面平行度的要求。
这里的F-P腔是光纤端面与硅膜间的空气层。
注:
R12(212co co s)s
φ=4πd/λ
由这个式子可以通过R求出d(d变化限制在为λ/4内)。
距离变化量→压力
硅模中心的挠度即F-P腔距的变化量,由硅膜中心挠度:
此处的ωmax即为可求得硅模所受的压力q。 上式是距离变化量→压力最核心的公式,简单的一个正比关
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一、根本知识储藏
1. 光的干预,尤其是光的分振幅等倾干预。 2. F-P干预仪。 3. 硅膜的力学模型及其挠度分布。 4. 光纤的传输根本原理——全反射(由于我们
是近距传输,所以使用低本钱的多模光纤)
光的干预,光的分振幅等倾干预
石油测井专用光纤传感器
光纤压力传感器OPP-W光纤压力和温度传感 器专为石油测井领域而设计。OPP-W光纤 压力传感器主要应用领域:在极端严苛环 境下石油&天然气钻井压力和温度监控,高 温环境,工业过程控制和监控应用危险和 强电磁干扰/射频干扰/核磁共振环境

f-p的波长漂移

f-p的波长漂移

f-p的波长漂移F-P(Fabry-Perot)干涉仪是一种基于干涉原理的光谱仪,常用于光学仪器中进行光谱分析。

F-P干涉仪的波长漂移是指由于一些外部因素导致仪器输出信号的波长发生变化。

波长漂移可以分为两种类型:长期漂移和短期漂移。

长期漂移是指F-P干涉仪输出波长随时间的变化。

长期漂移的主要原因之一是温度变化。

热胀冷缩会导致F-P干涉仪的光程长度发生变化,进而引起波长的漂移。

另一个主要原因是材料的机械性能随时间的变化。

在使用F-P干涉仪的过程中,材料的物理性质会发生变化,从而引起波长的漂移。

短期漂移是指F-P干涉仪输出波长随外界环境的变化而变化。

短期漂移的主要原因之一是机械振动。

当F-P干涉仪受到机械振动时,光路长度也会随之变化,从而导致波长的漂移。

另一个主要原因是光源的波长稳定性差。

光源的波长会受到一些因素的影响,如电流波动、环境温度变化等,这些因素都会导致光源的波长发生变化,进而引起波长漂移。

为了抑制F-P干涉仪的波长漂移,可以采取一些措施。

首先,可以通过加强仪器的稳定性来降低波长漂移。

例如,在F-P干涉仪的设计中,可以采用稳定性较好的材料,并且加强材料的固定,以减小温度和机械振动对仪器的影响。

同时,还可以选用波长稳定性较好的光源,以减小光源波长对波长漂移的影响。

其次,可以采用自动调节装置来实时监测并调整F-P干涉仪的波长。

例如,可以安装温度传感器来监测环境温度的变化,并通过反馈控制系统来自动调节仪器的光程长度,以保持波长稳定。

另外,还可以采用光路自动校准系统来实时监测和调整光路长度,以减小机械振动带来的影响。

综上所述,F-P干涉仪的波长漂移是由于外部因素导致仪器输出信号的波长发生变化。

波长漂移可以分为长期漂移和短期漂移两种类型,主要原因包括温度变化、材料性能变化、机械振动和光源波长稳定性差等。

为了降低波长漂移,可以采取加强仪器稳定性和采用自动调节装置等措施。

通过这些措施,可以提高F-P干涉仪的波长稳定性,保证仪器的准确性和可靠性。

F-P干涉仪及其典型应用

F-P干涉仪及其典型应用
相位差与F-P腔长关系:
探测器
匹配液 滤波 A/D 信号处理

4 n
前置放大

l
光纤应变传感器结构图 F-P腔长变化--→相位差变化--→光强变化
传感器的设计:如何使得被测应变转换为F-P腔长的变化
6.2 F-P干涉仪及其典型应用——应变传感器
光纤F-P腔 传导光纤
M1
M2
光纤F-P腔传感头

2
1
d 4L
2
1
4Ln(1 2 ) n d 2 2 1 2
s1 L1 s 2 L2
6.5 F-P干涉仪及其典型应用——声发射传感器
声发射 AE:应力波发射
谐振腔 入射光束
被测物
在材料或者零部件受力作用下产 生变形、断裂或内部应力超出屈 服极限而进入不可逆的塑性变形 阶段,以瞬态弹性波形式释放应 变能的一种现象
光电探测器 I/V转换 放大、滤波
信号处理
A/D
6.4 F-P干涉仪及其典型应用——微位移传感器
L1 探测器 耦合器 S GWS 耦合器 耦合器 探测器 L2 双路F-P干涉仪工作原理 1)采用波长可调光源 (λ 1~ λ 2 ) 2)参考F-P干涉系统:预先校准参考谐振腔长度,并保持不变 3)敏感F-P干涉系统;目标测量绝对位移测量 FPI2 敏感腔 FPI1 参考腔
F=ma的光学干涉测量
6.7 F-P干涉仪及其典型应用——微弱磁场传感器
反射面 磁致伸缩材料 腔长变化 内置式传感原理 外置式传感原理
F-P腔
光纤
反射面
F-P腔
光纤F-P传感器
光源
探测器 耦合器
传感器
F-P型干涉磁场传感 M-Z型干涉磁场传感 迈克尔逊型干涉磁场传感

光纤F-P干涉仪原理分析

光纤F-P干涉仪原理分析

光纤F-P干涉仪原理分析1 光纤法珀干涉传感器的分类 (1)1.1 本征型光纤法珀干涉传感器 (2)1.2 非本征型光纤法珀干涉传感器 (3)1.3 在线型光纤法珀干涉传感器 (4)2 非本征型光纤法珀干涉仪的基本原理 (5)目前,一些光纤干涉传感器已被成功地广泛应用于许多方面,特别是化合物材料的健康检测、大型公民建工程的结构(如,桥梁,水坝)、宇宙飞船、飞机等领域,这将会使所谓的智能材料和结构得以实现。

光纤法布里-珀罗干涉仪是这些应用最好的选择之一,它结构简单、原理经典,基于此结构的光纤传感器具有微型化、简单化、实用化等许多优点。

1 光纤法珀干涉传感器的分类法布里-珀罗干涉仪(FPI)早在19世纪末就已问世,但基于光纤的法布里-珀罗干涉仪(FFPI)直到20世纪80年代才制作成功,随后FFPI逐渐被应用到温度、应变和复合材料的超声波压力传感中。

光纤FP传感器的特点是采用单根光纤、利用多光束干涉原理来监测被测量,避开了Michelson和Mach-Zehnde干涉传感器所需两根光纤配对以及必须对偏振进行补偿等问题。

此外光纤法珀干涉传感器对任何导致其两个反射面距离发生变化的物理量灵敏度极高,而且传感区域很小,在很多应用时可被视为“点”测量;加之其结构简单、体积小、复用能力强、抗干扰、重复性好等优势,在嵌入式测量更是倍受青睐,成为实现所谓人工智能结构和材料等相关领域的研究热点。

自从第一根光纤法珀干涉仪问世之日起,人们陆续开发出了很多光纤法珀干涉仪,大致来说,根据干涉仪结构的不同,光纤FP传感器大致可分为三类:本征型光纤法珀干涉传感器(Intrinsic Fabry-Perot interferometer, IFPI)、非本征型光纤法珀干涉传感器(Extrinsic Fabry-Perot interferometer, EFPI)、和在线型光纤法珀干涉标准具(In line Fiber-Optic Etalon, ILFE)本征型光纤FP传感器中,两反射面之间的干涉仪由单模光纤或多模光纤构成;而非本征型光纤FPI传感器中,干涉仪由空气或其它非光纤的固体介质(如中空的石英玻璃管)构成,光纤在线法珀干涉标准件的干涉腔主要由空芯光纤充当。

光的干涉(法布里波罗干涉仪)共18页PPT资料

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sin2(

2
)
.
定义锐度系数:
F

4R (1 R 2 )
则透射光强可表示为:
IT

1
F
I0
sin2 (
. )
2
式中 I0 A2.
*(2) 反射光光强 I R 由于能量守恒,所以
I0 IRIT.
IR
I0
IT14r2(s1iIn02r(2)2
.. 2)
(3)透射光强分布曲线
I
透射光强分布曲线 I
透射光强 I T
I0

1
0
4r 2 (1 r 2 )2
sin 2

2
.
r2 0.87
0

2
3

一. 结构和原理
d

L1
L2
平 面
单 色 扩 展 光 源
f1
P

f 2

(d固定时为法布里—珀罗标准具)
两平板玻璃内表面镀高反膜, 外表面略倾斜 (为什么?).
§1.10 法布里—珀罗干涉仪
(多光束干涉)
问题的提出(双光束→多光束)
以上所讲的各种装置都是两束光的干涉
其干涉光强变化缓慢,最大、最小值的精确位置不 易测定;若两束光的振幅不等,可见度下降。
双缝干涉光强分布曲线
I=4I0
cos2

2
-4 -3 -2 - 0 2 3 4
1899年法国物理学家法布里和珀罗创制了以他们名字 命名的法布里-珀罗干涉仪(简F-P干涉仪)。用( 相位相同的)多光束干涉,可以获得细锐明亮且暗纹 较宽的明条纹。
A
Ar

F-P干涉仪.

F-P干涉仪.
ol)干涉仪
F-P干涉仪实验装置
法布里-珀罗(Fabry-Perol)干涉仪
组成
S
F-P干涉仪由两块略带楔角的 L1 玻璃或石英板构成。如图所示,
两板外表面为倾斜,使其中的反 G1
射光偏离透射光的观察范围,以 G2
d
免干扰。
两板的内表面平行,并镀有高 L2
反射率膜层,组成一个具有高反
射率表面的空气层平行平板。
P 法布里-珀罗干涉仪简图
实际仪器中,两块楔形板分别安装在可调的 框架内,通过微调细丝保证两内表面严格平 行;接近光源的一块板可以在精密导轨上移 动,以改变空气层的厚度。若用固定隔圈把 两板的距离固定则称为F-P标准具。
干涉仪用扩展光源发出的发散光束照明,如 图所示,在透镜L2焦平面上将形成一系列很 窄的等倾亮条纹。

F-P干涉仪及其典型应用

F-P干涉仪及其典型应用
质量块谐振腔多光束干涉66fp干涉仪及其典型应用加速度传感器fp型干涉加速度传感mz型干涉加速度传感迈克尔逊型干涉加速度传感fma的光学干涉测量光源系统光纤耦合器pin3pin2pin1模拟开关adcpu质量块谐振腔光纤fp传感器反射面反射面光纤fp腔磁致伸缩材料fp腔腔长变化外置式传感原理光源探测器耦合器传感器fp型干涉磁场传感mz型干涉磁场传感迈克尔逊型干涉磁场传感67fp干涉仪及其典型应用微弱磁场传感器
F-P干涉仪及其典型应用
6.1 F-P干涉仪及其典型应用——多光束干涉
ai
D
a1
B
a2 a3
a4
反射光: 2hn cos i ' / 2
n
A i'
h 相邻两束光之间的程差
透射光:
C
b1 b2 b3 b4 多光束薄膜等顷干涉
G1 G2
2hn cos i '
透射光相差
4

nh
R0 R 0.048
R 0.27
R 0.64 R 0.87
F-P腔
多光束干涉提高了条纹精细度
多光束干涉
6.1 F-P干涉仪及其典型应用——光纤干涉基本形式
l
S
F一P光纤干涉仪基本结构
D
多光束干涉

4 n

l
被测物理量-→引起F-P腔长度 l 的变化-→引起相位Δ φ变化
光电探测器 I/V转换 放大、滤波
信号处理
A/D
6.4 F-P干涉仪及其典型应用——微位移传感器
L1 探测器 耦合器 S GWS 耦合器 耦合器 探测器 L2 双路F-P干涉仪工作原理 1)采用波长可调光源 (λ 1~ λ 2 ) 2)参考F-P干涉系统:预先校准参考谐振腔长度,并保持不变 3)敏感F-P干涉系统;目标测量绝对位移测量 FPI2 敏感腔 FPI1 参考腔
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Measurement of Wavelength Difference of Na Light with Fabry-Perot Interference
1
实验目的
了解 F-P干涉仪的结构,掌握调节与 使用F-P干涉仪的方法;
进一步理解多光束干涉的理论和条纹 特点; 用F-P干涉仪测定钠黄双钠线的波长 差。
应用:长度的精密测量、折射率的测定、波长的测量、
用作高分辨率光谱仪。
11
实验内容及步骤
1、调整F-P 干涉仪能够观察到多光束干涉的条纹图案 调节过程中切勿使两镜相碰。
Gl和G2两个镜面相距1mm 。
会聚透镜汇聚 光线
调节镜面平行
12
装上低压钠灯灯窗挡板,可能出现以下两种现象:
现象1、如果通过镜面观察光束反射形成一系列光 点,说明两镜面是否平行?如何调节? 现象2、光点重合,表明两镜面基本平行。
1 2
2d 2 d1
2 1
d 2 d1 波长变化一个周期,两镜面G1、
G2的距离差
1 2 钠双线的波长差
法布里-玻罗干涉仪的两套干涉圆环
2 2 其中 1 可为 m 二波长平
均值的平方。对钠黄双线, 可取(589.3nm)2
9
F-P干涉仪的应用
概述:利用干涉原理测量光程差从而测定 有关物理量的光学仪器。
19



5
镀高反射膜 镀高反射膜
G2 会聚透镜L
接收屏
* 注意:G1,G2板可移动—光程可调
思考
入射角
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
提问1:为什么G1和G2 两反射面要做成锲形?
G2 会聚透镜L
为避免没有涂反射膜的 表面反射光产生干涉, 两块平板通常做成锲形, 锲角约1`到10`。
接收屏
关于F-P干涉仪结构的思考
:单色光的入射角
镀高反射膜 镀高反射膜
G2 会聚透镜L
d:G1和G2之间的距离 n:介质折射率(空气,n=1)
干涉形成明暗相间的圆环
接收屏
* 注意:G1,G2板可移动—光程可调
8
实验原理
——测定钠黄双线的波长差
钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干涉条纹。
根据原理推导:钠双 黄线的波长差用以下公式 计算:
16
数据处理及操作思考题

为什么选择一套干涉环恰好夹在另一套干 涉环中间时记录数据?
实验值和理论值有误差吗?你认为产生误 差的原因是什么? 为什么记录数据时两镜面距离为1mm为宜?


为什么在调两镜面平行的过程中不能调节 内侧的镜面?
17
作业思考题
1、根据实验原理,F-P干涉仪形成的干涉环视场中心 的级次高还是低?条纹间距从内到外有何变化? 2、F-P干涉仪产生干涉条纹和迈克尔逊干涉仪产生的干涉 条纹有什么不同?哪个精度更高些?
垂 直 调 节
水平调节
13
2、测定钠黄双线的波长差
根据原理推导:钠双黄线的波长差
1 2
2d 2 d1
2 1
在移动测微螺旋动镜改变G1和G2距离的过程中,可以发现, 在某距离上,这两套干涉环会重叠起来,而在另一长度上,一套干涉 环恰好夹在另一套干涉环中间。
两环互相居中 , 记录 G1 和 G2的相对初始位置D1
6
思考
入射角
S G1
提问2:接收屏的放置 位置有要求吗? 提问3:为什么要采用 扩张光源照明 ?在接收 屏上应该形成什么样的 干涉条条纹?
镀高反射膜 镀高反射膜
G2 会聚透镜L
f o
O` 接收屏
r
关于F-P干涉仪结构的思考
7
实验原理 ——多光束薄膜干涉的应用
入射角
S
G1
相邻光束的光程差
=2ndcos
改变 G1 和 G2 的距离 , 两环相互靠近.
两环再次居中 , 记录 G1 和G2的相对位置D2
注意:实验测得的D1、D2的差并不是真正G1、G2变化的距离。 实际真正G1、G2变化的距离d2-d1=(D2-D1)/K ;K=20或50
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数据记录及处理
D1
第一组
第二组
D2
D2-D1
d2-d1
第三组 平均值︱d2-d1 ︱
接收屏
* 注意:G1,G2板可移动—光程可调
F-P干涉仪的原理
4
F-P 干涉仪工作原理
入射角
S G1
多光束干涉条纹图案 的形成:
当两表面严格平行时, 来自光源任一点的单色光 以入射角 照射到平行板上, 这时透射光是许多透过平 板的平行光束的叠加。任 一对相邻光束的光程差为 =2ndcos 通过计算可得透射光束叠 加后的光强I`有极大值和 极小值。接收屏上有明暗 相间的干涉条纹。 F-P干涉仪的原理
法布里玻罗干涉仪 产生的干涉条纹
迈克尔逊干涉仪 产生的干涉条纹
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注意:实验中会出现的几种现象及解决方法

无法调出环,这时主要调节前镜面螺丝,学生没有调 节基准平行。 调的环一半明一半暗,还是两镜面没有完全平行; 调出的环经过一段行程后就不清晰了,这是由于机器 主轴不严格造成的。可以通过让学生选择清楚的一段 记录数据来弥补。 调出的环过粗或过细,是由于两镜面预置距离不当造 成的。 观察不到两套环,两镜面未调节平行。

代入公式计算出钠双线波长差: 1 2
2d 2 d1
15
2 1
实验注意事项
1、实验中两镜面不得相碰,造成设备损伤。 2、仪器轻拿轻放,防止碰撞和震动,以防止 两镜面擦伤。 3、禁止用手触及光学零件的透光表面。 4、转动测微螺旋和调节螺丝时动作要轻,不 要急促右斜向用力。 5、禁止调节F-P干涉仪内侧的镜面。
两束相干光 光程差变化 干涉条纹 移动 测量引起光程差 变化的相关物理量
优势:利用波长为测量手段精度高。
10
思考——F-P干涉仪哪些应用?
引起两束相干光间光程差变化的物理量是哪些? =2ndcos 两物理量:几何路程(两反射镜间距)d
介质折射率n
n恒定,d改变——F-P干涉仪。 d恒定,n改变——F-P标准具。
2
实验仪器和装置
低压钠灯
F-P干涉仪
测微目镜
灯窗挡板
毛玻璃
会聚透镜
3
F-P 干涉仪的结构和原理
入射角
多光束薄膜Байду номын сангаас涉
S G1 G2 会聚透镜L
镀高反射膜 镀高反射膜
主要结构:两块各有一面 镀高反射膜的玻璃板, 镀膜面相对,夹一层厚 度均匀的空气膜。 基本原理:平行平面板反 射单色光的多光束叠加 产生细窄明亮干涉条纹.
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