法布里-珀罗干涉仪成像规律与误差分析

论文总字数：9962字

摘 要

干涉测量技术因为拥有高精度、非接触性等优点，所以在测量领域被人们广泛地应用。其中法布里-珀罗干涉仪是典型的多光束干涉仪器，在众多的干涉测量仪中，它以其更高的分辨率，得到了可见度更高的细锐干涉条纹，所以在长度计量以及研究光谱超精细结构等方面具有更多的应用。法布里-珀罗干涉仪的体积大、结构复杂而且对制作工艺要求很高，本文在介绍它的发展背景情况下，研究了它的工作原理并进行了误差分析，对比了法布里-珀罗干涉仪以及迈克尔逊干涉仪，并列举了法布里-珀罗干涉仪的几种典型应用。

关键词：光学测量，法布里-珀罗干涉仪，光强误差，谐振腔

Abstract: Interference measurement technique with the advantages of high precision, non-contact, is widely used in the measurement field. And the method of Fabry – Perot interferometer is a typical multiple beam interference device, in numerous interference measuring instrument, it by its higher resolution, got higher fine sharp interference fringe visibility, so the length measurement and study of hyperfine structure spectrum has more applications. Method in Fabry - Perot interferometer of large volume, complicated structure and the production process requirement is very high, based on the introduction to the development of its background, its working principle is studied and the error analysis, Fabry - Perot interferometer and compares the Michelson interferometer, and enumerates the method in several typical application Fabry – Perot interferometer.

Keywords: Optical measurements ,Fabry - Perot interferometer ,Light intensity error,Resonator

目 录

1 前言 4

1.1 创始人 4

1.2 法布里-珀罗干涉仪的问世 4

2 法布里-珀罗干涉仪的原理 5

2.1 法布里-珀罗干涉仪的装置介绍 5

2.2 法布里-珀罗干涉仪的工作原理 5

3 法布里-珀罗干涉仪的误差分析 6

4 法布里-珀罗干涉仪与迈克尔逊干涉仪的比较 8

4.1 法布里-珀罗干涉仪与迈克尔逊干涉仪原理的比较 8

4.2 法布里-珀罗干涉仪与迈克尔逊干涉仪干涉图像的比较 10

5　法布里-珀罗干涉仪的应用 11

5.1 法布里-珀罗干涉仪在光学测量中的应用 11

5.2 法布里-珀罗干涉仪在谐振腔中的应用 12

5.3 法布里-珀罗干涉仪的其它应用 13

结 论 14

参 考 文 献 15

致 谢 16

·1 前言

1897年，法国科学家查尔斯·法布里和艾尔弗雷德·珀罗共同完成了对法布里-珀罗干涉仪的研发,它属于多光束干涉仪器,打破了单光束干涉仪与双光束干涉仪的局限性,通过一系列的改良,现代的法布里-珀罗干涉仪对光学技术以及天体物理学都具有重要的作用，同时它也是激光谐振腔的基本构型，它已经是精密光学器件中不可或缺的器件之一，了解它的构造和原理，对今后更为全面地应用它有重要意义。

·1.1 创始人

1867年6月11日，法布里在法国马赛出生了。18岁在巴黎综合工科学校学习了两年，之后回到波城、马赛、巴黎等公立学校任物理教师。1890年至1892年，法布里发表了关于干涉条纹可见度和取向的论文，作为他进入法国巴黎大学理学院的理学博士学位论文。

1894年法布里任马赛大学讲师，也就在这一年，他和珀罗一起竭力研发法布里-珀罗干涉仪，并于1904年成为了马赛大学的物理学教授。他还热衷于天文研究，并将与珀罗合作的法布里-珀罗干涉仪应用于天文研究，并取得了一系列辉煌的成绩，他在马赛度过了人生中最得意的27年，同时，在1927年当选为法国科学院院士，这是法国的最高荣誉。

珀罗，1863年11月3日生于法国梅斯，在与南锡临近的公立学堂读完书后，又就读于巴黎综合工科学校，结业之后重返南锡从事物理学科研工作。后来，珀罗撰写了一篇论文，它是关于如何准确计算热力学常数的，而且计算出了热功当量值，给予了热力学基本定律强而有力的依据，因而他得到了巴黎大学的理学博士学位，并担任马赛大学的讲师。

1894年，珀罗发表了和电磁波方面相关的科研论文，在电工学领域中有所成就，并担任马赛大学电工学的教授。与此同时，具有杰出创造能力的珀罗开始与法布里进行法布里-珀罗干涉仪的研发^[1]。

之后的珀罗还担任过与工艺和艺术的安全措施试验实验室相关的协调工作等，不仅如此，和法布里一样，他特别喜好研究天体物理学，而且他还依然继续从事着研究电学的工作，并对电学报以及三叶真空管的发展做出了很大的贡献^[2,3]。

·1.2 法布里-珀罗干涉仪的问世

法布里在马赛大学任讲师的时候，在和同事商讨一个电学问题时，忽然想到如果可以得到通过金属表面所产生的干涉，就可以测得两个只有微米甚至更近距离的两个金属之间的火花放电现象。后来根据这个假设，他和珀罗展开了相应的实验，最后，通过利用两个镀膜平板之间的反射、干涉原理，他们最终研发出了法布里-珀罗干涉仪。

随着法布里-珀罗干涉仪的问世，它对人类社会做出了很大的贡献，人们对它的重视与应用也日益增加，尤其在通信、激光、光谱学领域的应用更为普遍，主要用于控制光的波长及频率和精确测量。

·2 法布里-珀罗干涉仪的原理

·2.1 法布里-珀罗干涉仪的装置介绍

法布里-珀罗干涉仪是一种多光束干涉仪，它的主要结构是平行安置的平板玻璃M₁、M₂，它们的内表面上镀有反射率大于90% 的薄银膜层，两镀膜表面之间的距离通常是毫米或者厘米量级的，它们有的位置固定，有的可调，其中距离固定的称为法布里-珀罗光谱仪、法布里-珀罗标准具，有的时候也会将一块平板的两个面都镀膜作为标准具，可调的就是平常所说的法布里-珀罗干涉仪。每块平板并不是绝对的平行平面板，它们两个平面之间通常会有一定的小楔角，用来防止两平板未镀膜的相背平面上因反射而产生的干扰。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：9962字