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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，G1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(9-1)()21122121222λλλ-λ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛πφ+λ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛πφ+λ=-=∆h h h m m m 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。
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。
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。
FP 干涉仪的光谱特性分析一、知识：描述多光束干涉及其在光谱分析上的作用：1.多光束干涉理论：如图：设从介质→n,有反射系数、折射系数r,tn→,有反射系数、折射系数,相邻两支光的光程差和相位差为：Δ=2nhcosθ由图，得透射光的复振幅依次为：于是，合成波在P点的复振幅为：由菲涅耳公式可得如下一些关系式：，可知，透射光在P点的强度为（透射率）：其中，——精细度系数同样，可得反射光在P点的光强为（反射率）：，且有在光谱分析上的作用：用于谱线的精细结构分析。
利用法—珀干涉仪（标准具）产生的细锐条纹，可以分辨波长相差很小的谱线的精细结构。
表明标准具具有分光特性。
二、运用：分析非对称 FP 干涉仪的光谱特性； 非对称型 FP 干涉仪，即两个镜面的反射率 R1、R2 不相等，推导干涉仪的反射和透 射率，分析光谱（反射和透射）的变化规律，并与对称型 FP 干涉仪进行对比。
1.透射率的推导：透射光强公式为 )(t I =)(2222sin 4)1(i Iδρρτ+-=)(2222sin 4)1()1(i I δρρρ+--=)(22sin 11i I F δ+干涉仪两板的内表面镀金属膜时，光在它表面反射的情况是比较复杂的。
但是，只要两个膜层是相同的，透射光强公式依然成立，不过，这时R 应该理解为在金属膜内表面的反射率，而相继两光束的相位差φθλδ2cos π4+=h式中φ是在金属膜内表面反射时的位相变化。
另外，光通过金属膜时将会发生强烈的吸收，使得整个干涉图样的强度降低。
设金属膜的吸收率为A （吸收光强度与入射光强度之比）,应有 R+T+A=1 因此，由透射光强公式可得到透射率公式为 2sin 111122)()(δF R A I I i t +⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=2.非对称型F-P 干涉仪的光谱特性取t=2x10-6 f=5 14.3=φ i=0.08 d=1x10-3A=0.05φλλδ⋅+⋅⋅⋅=2)cos(14.34)(t dI(λ)=)2)(sin()2)(sin()21(4])21(1[)21()11(21221λδλδ⋅⋅⋅+⋅--⋅-R R R R R R由此得到I,R ，λ的关系 取定并改变R1 R2的值 可用matlab 软件模拟出I （λ）与λ的关系曲线 结果如下由模拟结果可知R1， R2值一定时 透射光强随波长增大呈周期变化 有极大值与极小值，周期约为1.5x1010-，且透射光强极大值随R1-R2增大而减小，透射光强极小值随R1-R2增大而增大。
目录实验一 用法布里－珀罗（F-P）干涉仪测量钠黄双线的波长差 (1)实验二 偏振光实验 (6)实验三 阿贝成像原理和空间滤波 (15)实验四 衍射光强实验（上） (24)实验五 衍射光强实验（下） (31)实验六 电光调制实验 (39)实验七 磁光调制实验 (49)实验八 声光调制实验 (60)实验九 LD/LED的P-I-V特性曲线测试 (69)实验十 光电探测原理实验 (76)实验十一 氦氖激光束光斑大小和发散角的测量 (89)实验十二 氦氖激光器的模式分析 (94)实验一用法布里－珀罗（F-P）干涉仪测量钠黄双线的波长差【实验目的】1、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；2、用F-P干涉仪测定钠黄双线的波长差。
【实验仪器及装置】法布里-珀罗（F-P）干涉仪（电源、低压钠灯、灯窗挡板、毛玻璃、透镜、小型显微镜等）。
F-P干涉仪主要部件由两块内侧面镀高反射膜的光学玻璃板组成。
其中一块固定位置安装，另一块由测微螺旋经20:1（50:1）机械传动装置控制移动，并由预置螺旋控制，实验前可按实验需要将动镜预置到某一位置。
光源是低压钠灯，通过毛玻璃可形成扩展的面光源。
助视工具是一个小型显微镜，配升降调节磁性座。
仪器装置见图1.1。
图1.1 实验仪器图F-P干涉仪主要技术指标：反射镜： φ30mm, 平面度1/20λ移动镜预置螺旋：最小分度值0.01mm，行程10mm测微螺旋精度：最小分度值0.01mm，估读0.001mm测量精度 最小读数值0.0005mm,行程1.25mm （20:1）最小读数值0.0002mm,行程0.5mm （50:1） 低压钠光源：20W【实验原理】法布里－珀罗（F -P ）干涉仪是根据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的基本原理制造的，如图1.2所示，F-P 干涉仪的主要部件是两块各有一面镀高反射膜的玻璃板G 1和G 2，使镀膜面相对，夹一层厚度均匀的空气膜，利用这层空气膜就能够产生多光束干涉现象。
多光束干涉实验和法布里—珀罗干涉仪的应用摘要：本文对多光束干涉实验的原理、步骤、仪器进行了简要的介绍，并对实验数据进行处理以及误差估算。
并研究了法布里—珀罗干涉仪在各领域中的应用，说明了实验的收获与感想。
一、实验重点1.了解F-P干涉仪的特点和调节2.用F-P干涉仪观察多光束等倾干涉并测定钠双线的波长差和厚度3.巩固一元线性回归方法在数据处理中的应用二、实验原理F-P干涉仪由两块平行的平面玻璃或石英板组成，在其相对的内表面上镀有平整度很高的高反射率膜层。
为消除两平板相背平面上的反射光的干扰，平行板的外表面有一个很小的楔角（见图1）图1 图2多光束干涉的原理如图2 所示。
自扩展光源上任一点发出的一束光入射到高反射率平面上后，光就在两者之间多次往返反射，最后构成多束平行的透射光1,2,3,…和多束平行的反射光1`,2`,3`,…。
两组光中相邻光的相位差δ都相同，振幅则不断衰减，其中δ=2π∆Lλ= 2πλ2ndcosθ= 4πndcosθλ∆L=2ndcosθ，为相邻光线的相位差。
设入射光振幅为A，反射光A1`的振幅为Ar`，A2`的振幅为At`rt；透射光A1 的振幅为At`t。
A2的为At`rrt，…。
式中，r`为光在n`-n 界面上的振幅反射系数，r为光在在n-n` 界面上的振幅反射系数，t`为光从n`进入n 界面的振幅透射系数，t为光从n进入n`界面的振幅透射系数。
透射光在透镜焦平面上所产生的光强分布应为无穷系列光束A1，A2，…的相干叠加，则有I t =I 01+4R （1−R ）2sin 2δ2式中，I 0 为入射光强，R=r 2为光强的反射率。
I t 的极值位置仅由δ决定，与 R 无关，但其锐度却与R 的关系密切，反射面的反射率 R 越高，由透射光所得的干涉亮条纹就越细锐。
条纹的细锐程度可通过所谓的半值宽度来描述，知亮纹中心的极大值满足sin 2δ2= 0，δ0 = 2k π，k=1,2…令δ = δ0+d δ时，强度降为一半，这时δ应满足：4R sin 2δ2=(1−R)2代入δ0 = 2k π，又知sin 2δ2 = dδ2⁄2，故有4R (dδ2)2=(1−R)2，d δ=√R引入半角宽度∆θ=2d θ，知d δ=−4πndsinθdθλ，d θ=−λdδ4πndsinθ用∆θ替代2d θ，则有∆θ=λdδ2πndsinθ=2πndsinθ√R有上式可以看出，反射率R 越高，条纹越细锐，间距d 越大，条纹也越细锐。
法布里—珀罗干涉仪摘要：法布里—珀罗干涉仪（简称F-P干涉仪）是一种应用多光束干涉原理制成的高分辨率光谱仪器，它具有很高的分辨本领和集光本领，因此，常用于分析光谱的超精细结构，研究光的塞曼效应和物质的受激布里渊散射，精确测定光波波长和波长差，以及激光选模等工作。
关键词：F-P干涉仪、Na黄双线、波长差、汞灯绿线、波长实验目的：1：了解F-P干涉仪的结构和原理以及基本特性2：学习F-P干涉仪的调节技术3：用F-P干涉仪做某些光学测量实验原理1：仪器的基本结构及工作原理F-P干涉仪（如图1）主要由平行放置的两块平面玻璃板构成，两块玻璃板L1、L2相对的内表面有极高的平面度，两表面上各镀有反射率很高的金属膜层或多层介质膜。
为了避开外表面上反射光的干扰，两块板都做成稍微有点楔形，将两块板相对的内表面调成相互平行，在两内表面间形成了一平行平面空气层。
如果两板内表面间距固定，则称为F-P标准具；若玻璃板间距可变，则成为F-P干涉仪。
图1如图1，光源发出的光经透镜成平行光以小角度入射到板上，在两镀层平面间来回多次反射和透射，分别成一系列反射光束和透射光束，这一系列相互平行并有一定光程差的透射光经另一透镜会聚在，在这一透镜像方焦面上发生多光束干涉。
在透镜诸光束中，相邻两光束光程差为 2c o s n h i '∆= （1） 相应的相位差为 4cos nh i πδλ'=（2），式中h 为两镀层间距，n 为两镀层平面间物质的折射率，i '为两镀层平面间反射光和平面发现的夹角。
当相邻两光束的光程差为波长的整数倍时产生干涉极大值2cos nh i k λ'=（3） 条纹的细锐常用半值角度来衡量。
第k 及亮纹的半值角度为12sin k k Ri nh i Rλπ-∆=（4），式中R 为两板内表面反射膜的反射率，由上式可知，R 越接近于1，两板内表面间距h 越大，k i ∆就越小，亮纹就越细锐。
F-P 珐布里－珀罗共焦球面扫描干涉仪英文名称：Confocal, Spherical-mirror, Scanning Fabry-Perot Interferometer仪器规格与配置：规 格：各种波长、多种自由光谱区、多种精细常数和透射率 基本配置：共焦球面谐振腔、锯齿波驱动器和光电接收器可选配置：干涉仪调整架、光电接收器调整架、激光器及调整架、示波器选择参数波长范围：300-2000nm自由光谱区：1，2，3，4，7.5GHz精细常数: >200，100带 宽：=自由光谱区/精细常数科研与教学实验内容:光谱仪测试光路调整技术 干涉仪自由光谱区的测量 激光横模与纵模观测 干涉仪精细常数测量 激光纵模频率间隔测量 干涉仪分辨率的测量 激光纵模谱线宽度测量 纵模与偏正的对应关系主要用途：高分辩率激光光谱测量 激光器模式检测与控制 单模谱激光器生产与监测 超声振动探测 （无损检测）激光陀螺生产与检测 超高频时钟信号提取/恢复 （光纤通信） 稳频器 鉴频器 滤波器共焦球面干涉仪基本原理共焦球面干涉仪是一种分辨率很高的光谱仪，可用于高精度光谱分析、滤波器和选频器等。
它主要由两片曲率半径相等的反射镜、一个压电陶瓷和一台锯齿波驱动器组成。
这两片反射镜相对放出射光置，间距L等于反射镜的半径R，从而构成共焦球面谐振腔；其中一面反射镜固定在压电陶瓷上。
被检测光束沿着谐振腔的光轴方向入射到谐振腔内，在此腔内往返传播多次；每次被反射时，都有一小部分光经过反射镜透射而逸出谐振腔；多次逸出的光发生多光干涉；只有波长满足kλ=4nL(k为整数)的激光从谐振腔出射的多束光才能发生相长干涉，即透过此谐振腔，在光电二极管上形成大的电信号；改变加在压电陶瓷上的电压，可改变压电陶瓷的长度，从而可以改变谐振腔的腔长，从而得使得被测光束中的每一个不同频率的光先后透过干涉仪，继而得到被测光束的光谱。
共焦球面干涉仪操作说明产品组成：共焦球面扫描干涉仪谐振腔、锯齿波驱动器、光电接收放大器选配件：He-Ne激光器、激光电源、小孔光阑、示波器、谐振腔调节架、光电接收器调节架锯齿波驱动器说明：1.驱动器的工作电压为110－260VAC，50－60Hz。
