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2020高中物理竞赛
光学
山大附中物理竞赛教研组 编
（提升版·理论知识篇）
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§2 法布里—珀罗干涉仪
法布里—珀罗干涉仪的结构和原理
法布里—珀罗干涉仪的结构和干涉光路图见图4—5。其中的关
键部件是两块相对的表面严格平行的平板G1和G2。在这两个表
面镀有一层银膜或铝膜，也可以是多层的介质膜，以获得很高
的反射率。为使干涉条纹具有很好的锐度，要求两个镀膜表面
具有很好的平面度且严格平行。由光路图可见，光束在两镀膜
平面之间的空气层平板上多次发生反射、透射，产生多光束的
干涉，干涉条纹如图4—6 a）所示。与迈克尔孙干涉仪产生的
两光束干涉条纹相比，条纹的对比度和锐度均有显著的提高。
法布里—珀罗干涉仪中两镀膜面之间的距离是可以改变的。为
了使两镀膜表面严格平行，常在两面之间放一个特制的间隔圈，
这时两表面的距离将固定不变，这种结构称为法布里—珀罗标
准具。
当法布里—珀罗干涉仪两板的内表面镀有金属膜时，光在表面的反射是很复杂的。但是，只要两面的膜层是相同的，则透射光干涉场光强度公式依然成立，但应明确此时的反射率是金属膜内表面的反射率，相邻的两光束的位相差此时为
考虑到光通过金属膜时会发生强烈的吸收，将使干涉图样的光强度降低，必须对干涉强度公式进行修正。
与未考虑金属膜吸收率时的强度公式相比，透射光条纹的峰值光强降低了。
法布里—珀罗干涉仪的应用
研究光谱的超精细结构
光谱中两条波长差极小的光谱线在空间位置上间隔极小，称为
光谱的超精细结构。用一般的光谱仪无法区分谱线的超精细结
构，只有使用法布里—珀罗标准具。
法布里—珀罗标准具测量谱线超精细结构的原理如下：设两个
波长差极小的光波入射到标准具上，波长值分别为?1和?2，
?2 ＞?1。由于两波长的同级条纹的角半径稍有差异，因而将到
到空间两组间隔很近的条纹。设图4—7中条纹的近中心处某点
两波长的干涉级差为
除了对测量的最大波长差有限制外，法布里—珀罗标准具所能测量的最小波长差也是有限的，这个最小波长差（??）m称为标准具的分辨极限，将 称为分辨本领。
光谱学理论中用来判断两条强度相等的光谱线是否能被分开的法则是瑞利判据，它的判断依据可以简单地表示为：只有当两个等强度波长的强度曲线叠加而成的合强度曲线中央的极小值不超过其两侧的强度曲线最大值的81﹪时，两组条纹才能被分辨开，参见图4—8。依此判据，可推得标准具的分辨本领。
用作激光器的谐振腔
图4—9a是一台激光器的结构示意图。图中两块反射镜同轴放置，
构成谐振腔。光束在谐振腔轴线方向上经两反射镜多次反射，强
度不断增大，至到达一定值时形成激光输出。输出的激光中只有
几种特定的频率，称为纵模；每一个纵模的频宽称为单模线宽；
相邻的两个纵模之间的频率差称为纵模间隔。
激光器的谐振腔实质上就是一个F—P标准具，光束沿轴线的往复
运动的结果就是多光束干涉，因此可以用F—P标准具的理论求得
纵模频率、纵模间隔和单模线宽。
（1）纵模频率
要使光束沿谐振腔往复运动时强度不断增大，即产生干涉的
加强，就要求光束在腔内往返一次的光程为波长的整数倍，即
THE END
祝大家竞赛顺利、学业有成

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