用过迈克尔逊干涉仪的朋友请指点

土豆 · 发表于 2003-6-12 07:12:00

“相干长度”较原子光源的长许多，这一直是单频（窄带宽）激光的长处，
但是这或许也掩盖了一些有用的光现象？比如说干涉环“可见度”的周期性，
据书上说：
干涉条纹的“可见度”F为：
F= (Imax-Imin)/(Imax+Imin)
= [2sqr(I1)*sqr(I2)/(I1+I2)] f(τ)

这可不是我发明的吧？说明干涉环普遍存在“可见度”的问题？
只是一个明显不明显的问题吧？
比如说如果带宽较窄，相干长度就较高，“可见度”的变化就比较不明显了？

aghost说：“如果用脉冲激光，相干性不好也不会有你说得现象”，
（原因就以后再分析了）
言下之意就是：如果用连续激光，相干性不好就会有你说得现象了？
我没理解错吧？

另外不大可能是激光方向性不好的问题，因为用钠灯作光源也同样看到了这种现象，
参见第二页：
帖子主题：[求助]用F-P做“钠黄光”双波长差测试时，

所以总结起来看，激光笔和钠灯的共同特点是：频带较宽，因而“相干长度”较短，
看来这是能够较明显观察到这种现象的先决条件？

如果是为了全息摄影，当然是希望这种情况越不明显越好，
可是如果是为了专门探讨这个问题，倒是要选择宽带激光器或者原子灯？
至于这种现象与哪些因素相关，有什么用处，还要看看再说了？
我试过光功率的变化对“周期长度”（波列中心间距）没有影响，
干涉长度的变化对其也没有影响（光强度变化会引起干涉长度变化），
下一步要看看光频率的变化对它的影响了，
可是作钠灯实验的denniswoo也没回信了，
给他去了信，可回信也很看不懂，呵呵：
This is an auto replay. I will check later~~
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°∴ ° ．·enjoy stars° ．·★°∴°
Dennis Woo at Zhejiang University
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只好再等等看吧，你们能否帮试一下呢？

另外，“用fp干涉仪看一下激光笔的频谱”是怎么回事呢？
fp干涉仪能看频谱吗？不会吧？
“F-P做钠黄光双波长差”实验叫：法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉实验，
法布里-珀罗干涉仪的干涉环与迈氏干涉仪是完全一样的，
是让光在两块平行半透镜之间来回带角度反射形成的，
其最大特点是干涉环的亮环很锐利、清晰，代表的是干涉环的亮区中线（中环线），
这样暗带就变宽了，干涉环的明暗对比度很高，而且清晰、精确，
所以用它来观察干涉环清晰度的周期律就更精确了，
参见：《光学教程第二版》 , 姚启钧著 , 1981年6月第1版（超星）

土豆 · 发表于 2003-6-12 07:30:00

冬瓜的信会随后发出，希望得到各方面的帮助，一起探讨，
不管是肯定的还是否定的理论和实验都会有参考价值的，
理不辩不明呀，

sattone · 发表于 2003-6-12 08:12:00

fp扫描干涉仪可以看频谱的

土豆 · 发表于 2003-6-13 22:28:00

可能吧，这我不太清楚了，查查看，多谢指点，

按书上说，激光笔的“带宽”肯定是要宽一些，
不过这只影响干涉长度，而观察这种现象刚好就要求干涉长度小一点才好，
我正在准备下一步实验，
希望能知道这个重复出现的“波列中心间距”与哪些因素相关，

miao2 · 发表于 2003-6-14 22:45:00

激光笔输出的是多模激光吧

miao2 · 发表于 2003-6-14 22:52:00

LD的特性是注入电流增加，边模抑制比越大，也就是输出的纵模数目越少。
你换了电力较足的电池，干涉条纹周期变化不明显了，这是很正常的。

像这种试验对于原理性的研究还是不错的，要实际测量，还差的十万八千里。
不好意思，不是要大及你的积极性。

土豆 · 发表于 2003-6-15 01:17:00

那就是说电流增加会使主频率加强，从而可能抑制了其它频率的强度？
这样带宽相对较小了一点，于是“干涉长度”增加了，
所以干涉条纹周期变化不明显了？
原理性的研究也就行呀，搞着看吧？

现在实际测量中的主要问题是：
高频半导体激光（绿、蓝）一般都是“光激发”式的泵浦倍频，
用调整亮度的方法来间接调整干涉长度就不象“电激发”式（红色激光）的容易了，
气体激光有个气体放电突变的阀值，一旦超过就达到饱和了，
不过或许光放大器可以试试？只要能连续改变出光强度，
就有可能控制主频光强度，从而利用主频对附频的抑制程度来调整带宽，
最后减小激光的“干涉长度”？

这些都要试了才知道，
不过遗憾的是现在好不容易买的一个绿激光器还出了问题，
附带电源出了问题，用镍氢电池只能点亮几秒种，电流竟高达2A，恐怕是超过5mw了？
不行只有再换一个小瓦数的了，

其实主要还是现在不知道它有多大意义和用处，
专业实验室要真想做也不应该很难吧？只要降低激光器的干涉长度就行了，
如果干涉长度确实与激光的带宽成反比的话，只要设法增加激光器的带宽就行，
单频激光不容易作到，宽带激光也很难吗？
那就只有考虑用半导体“电激发”（加光反射）的绿、蓝激光了，
可惜好象还没有吧？既然绿、蓝发光二极管都有了，怎么就搞不出激光来？
加反射腔也没用？大概只有垂直腔面出光的VCSEL激光器才有可能了？
可惜现在这种VCSEL都是用在光通讯上的，可见光的好象还没有？

再不行就只有考虑搞个钠灯试试，
其实对于专业的来说，汞灯和氢灯经过选频处理后，就应该可以做这个实验用了？

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另外关于上面网友提出激光笔可能存在2-3个频率的问题，
我觉得即使这几个频率的波列不是同时发出的，也不会有如此准确的发光间隔吧？
比如有两个频率630和680，先发出630的波列，然后是680波列？
那么这两个波列中心的间距也会刚好相等吗？
不过有时确实能看到在本不该出现干涉环的地方出现一些微弱的另一个干涉条纹，
可是很模糊，影响很小，这大概就是另一些附带频率造成的了？

土豆 · 发表于 2003-6-15 04:35:00

刚收到denniswoo的一个回信，如下：

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发送人: Dennis wujianfeng@zju.edu.cn
接收人 : yanghx@19.com.cn
抄送 :
日期 : Sat, 14 Jun 2003 07:56:28 +0800
主题 : Re:有关：用F-P做“钠黄光”双波长差的问题探讨
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你好，谢谢你的来信。
我是在做物理光学实验的时候才发现这个现象的，具体的数据，我现在没弄好。
不过，用的光源是一个。分别利用的的是钠黄光光谱中的两条光线589.6和589.0,
由于F-P具的自由光谱范围很小，虽然他们只有0.6nm的差距，但是还能够分别。
如果等我有了数据，或是其他的想法，我会发信给你的。
最近由于要考试了，很久没去论坛了。

Dennis

土豆 · 发表于 2003-6-15 08:36:00

总算有了初步结果，“干涉环周期”的确与频率相关，
不过与我原来想的不太一样，我原来以为频率越高，“干涉间距”越短，
可实际是：光频率越高，“干涉间距”越大，
这次我用的是532nm绿色激光，“干涉间距”不是红色时的1.3mm了，
而是1.8mm，我反复测了很多次，都是如此，
就是说：光程差每变化1.8mm，清晰的绿色干涉环重复出现一次，

这样看来，估计钠黄灯589nm的“干涉间距”可能是1.6mm左右，
现在3个可验证的频率是：650nm、589nm、532nm，
现在看来只有等denniswoo考完试再找他验证了，
或者其它有谁有条件帮助验证一下吗？

另外我也再把绿激光器换成小功率的，可以连续工作较长时间，
现在只有每移动一点反射镜，看一次干涉环，主要是为了省电，
不过好在干涉环的清晰度变化是有趋势的，开始慢一点，
找出大概的规律后，每次就可以很准确的一次到位了，

现在还来不及多想原因，除了激动以外，只希望能再把实验数据作准确一点，

miao2 · 发表于 2003-6-15 23:40:00

到目前为止，偶还不明白你这个试验的目的是什么//shy

土豆 · 发表于 2003-6-16 04:39:00

我也不是很清楚，
只是为了另一些实验，需要自己组装激光迈氏干涉仪，于是偶然看到的一个现象，
原以为翻翻书就知道是怎么回事了，可翻遍了手头上、超星上能找到的书也没找到答案，
好象所有搞干涉仪的学者要么是没有注意到，要么是觉得意义不大，都没有讲解过这种现象，
只说了干涉环有个“可见度”的概念，就是不讲“可见度”的周期性问题，
倒是说有个“干涉函数”，可似乎是对信号系统连续波而言的？
原子发光的“干涉函数”具体是什么样子，一直也找不到，
这不只有到网上来探讨一下了，

从实用性上暂时还看不出来有多大用处，
不过目前至少知道干涉环的“清晰间距”似乎只与光频率相关，
不受激光强度（功率）、干涉长度变化的影响（温度稳定性实验还没有作过），
总之只要光的频率一定，这个“清晰间距”（波列中心间距）就很稳定的重复出现，
至少从现在看，以后搞清它与频率的对应规律后，可以用来方便、准确的测量光频率？

现在估计主要是对发光理论的探讨很有用，
沿用现有的“波列理论”就应该可以预测到这种现象，
因为一个波列被分束干涉时，如果调整光程差使得它们不能相遇、相干，
那么继续增加光程差，落后的分波列还可以与下一个分波列相遇、相干，...
当两波列的中心重合时，干涉环的清晰度应该达到最高，

问题是为什么原子发光（波列式发光）会如此的有规律呢？
难道原子发光如同一个“光脉冲光源”那样有规律吗？
比如我可以作一个振荡器来控制（调制）灯泡1秒钟闪亮一次，灯泡每次点亮0.1秒，
那么这个灯泡就发出一个个的闪光波列，
波列长度是：0.1s（3*10^8m/s）= 3*10^7m，
波列间距是：1s（3*10^8m/s）= 3*10^8m，
波列中心间距是：（1+0.1）（3*10^8m/s）= 3.3*10^8m，
（当然这个大波列里面是包含着原子断续发光产生的小波列了）

这里灯泡点亮的时间相当于原子的“发光时间”，
（荧光一般是10^-8s，激光可能会长一些？还没有具体数据，这会对“干涉长度”有显著影响）
波列间距和波列中心间距当然都是一样的意思了，
问题是谁控制（调制）着“原子灯”的闪光频率呢？这个振荡器可不是我做的吧？

反过来可以算出我做的灯控振荡器的周期T是：
T= 波列中心间距（波长）/c = 3.3*10^8m /（3*10^8）= 1.1秒，
频率f=1/T= 1/1.1 = 0.909 Hz，

那么对于“原子灯”发光：
T= 波列中心间距（清晰间距）/c = 1.3*10^-3m / （3*10^8）= 3.9*10^-11秒，
频率f=1/T= 1/ 3.9*10^-11 = 0.256*10^11 Hz，（256 GHz）
这是微波与红外交界的频率区域（现在微波一般是20-40 GHz），
谁能解释一下是怎么回事呢？是谁造的这个超高频微波振荡器？
而且现在知道这个调制频率只与原子发出的光频率相关，
发光频率越高，调制频率越低（调制波长越长），

比如现在大概知道：
650nm左右的激光，调制波长是1.3mm，
532nm的激光，调制波长大约是1.8mm，
589nm的钠灯，调制波长还不知道，只能推测估计是1.6mm左右，

总之，从原子发光理论上看，这可能会有一定意义，
比如是什么原因使得原子如此有规律的按某个微波频率重复发光的呢？
这种稳定的、只与发光频率相关的调制振荡机理是怎么形成的？
现在有：经典、半经典、量子3种发光理论可以借鉴，
我比较倾向于经典的发光理论（参见有关《激光物理》方面的书），
但还没有很好的理出头绪来，

不过有一点似乎值得注意：
外界对原子中绕核电子的激发强度越大（包括调Q脉冲激发），可能原子的发光时间越长，
这意味着光的“波列长度”越长，
如果“波列中心间距”不变的话（只要发光频率不变），
就意味着每个干涉环“清晰周期”内的“干涉长度”也越长（有调制占空比的意思），
如果原子的发光还没有结束，下一个激发已经到来，
就会出现“连续波列”的情况，这样“干涉长度”就会变得很长，
干涉环的“清晰周期规律”也就当然不很明显了？
如果人为的外加调制频率等于原子自身的“固有调制频率”（数百GHz）会怎样呢？
会出现某种共振现象吗？不过数百G的振荡器还很难做吧？“奔腾”也快到极限了？

现在所知的比如：
1、激光的激发方式比较特殊（电子轨道椭圆度较高？）干涉长度明显比一般光源的长，
2、增加半导体激光器的输出功率，会使得“干涉长度”增加，“周期规律”变得不很明显，
（现在的解释可能是：主频抑制了附频，带宽减小？加滤波片对干涉长度的影响还不清楚）
3、脉冲调制激光的“周期规律”也不太明显，
估计脉冲激光的带宽会比较窄？因为其主频的振幅抑制作用较大？

现在看来，要做这个实验，就要把激光器的Q值尽量的降低（减小反射率？），
这样可以减小主频强度，关键估计是可以减小原子发光时间，
从而减小了干涉长度，使得干涉环的“清晰周期性”规律充分表现出来，
应用问题不能着急，理论问题探讨着看吧？

denniswoo · 发表于 2003-6-17 00:54:00

下面引用由stevenwu在 2003/05/19 01:55pm 发表的内容：
1.3mm会不会是相干长度？可能你的激光器的单色性不好

1.3mm相干长度的激光还叫激光～不可能。

用过迈克尔逊干涉仪的朋友请指点