第十五光的干涉演示文稿

第十五光的干涉演示文稿当前第1页\共有39页\编于星期五\10点（优选）第十五光的干涉当前第2页\共有39页\编于星期五\10点

相干光的获得分波阵面法分振幅法薄膜干涉杨氏双缝干涉双棱（面）镜干涉洛埃镜干涉等倾干涉等厚干涉迈克尔逊干涉仪牛顿环劈尖干涉增透膜增反膜二、获得相干光的方法把将一点光源发出的光分成两束，即将每个分子或原子发出的每一个波列都一分为二，这样分出的两束光满足相干条件，称相干光，该光源称为相干光源。当前第3页\共有39页\编于星期五\10点表明，光在进入折射率大的媒质中传播时，波长变短。光在不同媒质中传播时速度不同，而对于给定的单色光，频率

在不同媒质中是一定的。在折射率为

n的媒质中波长为：—真空中波长

1.光程三、光程与光程差相位差的计算在分析光的干涉现象时十分重要。为了比较、计算光经过不同媒质时引起的相差，引入光程的概念。当前第4页\共有39页\编于星期五\10点假设光在某一媒质中传播的几何路程为(PQ)，则P点对Q点的振动相位差为

把光在不同媒质中的通过的路程折合到在真空中的路程。这样折合的好处是可以统一用光在真空中的波长λ0来计算光的相位变化。光程。说明光在折射率为n的介质中走x路程所引起的相位改变与该光在真空中走nx路程所引起的相位改变相同。当前第5页\共有39页\编于星期五\10点2.光程差：两列光波传到空间某点时的光程之差。引入光程差后，两束相干光到达场点的相位差为：当前第6页\共有39页\编于星期五\10点讨论相干光时，常常要计算光程差。通常，两相干光源满足，相位差与光程差的关系当前第7页\共有39页\编于星期五\10点［例1］设两束光在空气中传播，其中一束光穿过折射率为n、厚度为t的透明介质，S1P＝S2P，求两束光的光程差。［解］：该结果表明，在光路中插入透明介质片后，会引入附加光程：S2S1rrtPn当前第8页\共有39页\编于星期五\10点§15.2分波阵面法产生的干涉从同一波阵面上获得的两个分光源满足相干光条件一、杨氏双缝干涉1.干涉条纹的特点：1）屏幕上出现的是平行、等间距的明、暗直条纹。2）以白光入射，除中央仍为白色外，两侧条纹按波长对称排列，形成不同级次的光谱。3）条纹级次增大时，不同级次的条纹会发生重迭。当前第9页\共有39页\编于星期五\10点2.干涉条纹的明暗条件：两束光在折射率为n的媒质中相遇，P点合光强取决于两束光的光程差(当D》d):（K=0、1、2…）当时，P处为明条纹，得S1S当前第10页\共有39页\编于星期五\10点（K=0、1、2…）相邻明（或）暗条纹的间距为：当时，P处为暗条纹，得当前第11页\共有39页\编于星期五\10点

（2）d、n

改变也将引起条纹移动。3.干涉条纹的动态研究任何两条相邻的明（或暗）条纹所对应的光程差之差一定等于一个波长值。干涉条纹在屏上的位置（级次）完全由光程差决定，当某一参量引起光程差的改变，则相应的干涉条纹就会发生移动。

（1）当、D增大（或减小）时，条纹将远离（趋近）屏幕中心向外（向里）平移。同时条纹间距随之增大（减小）；当前第12页\共有39页\编于星期五\10点

[例2]

在杨氏双缝的其中一缝前面，放一折射率为n、厚度为t的透明介质片，试讨论屏上的干涉条纹如何变化.

[解]：介质片的插入，使由S1发出的光线增加了光程（n-1)t，因而使到达P点的两条相干光的光程差减小，则P点处的干涉级次降低，即屏幕上的条纹整体向上平移.移动的级数为：xDdoS1S2p·ntS当前第13页\共有39页\编于星期五\10点二、洛埃镜实验特别指出：如果把屏幕移近到和镜面边缘N相接触时，在接触处实验结果却是暗纹，其它条纹也有相应的变化。实验表明：光从光疏介质射到光密介质界面时，在掠射（）或正入射（）的情况下，反射光的相位较之入射光的相位有π的突变，即此时反射光反射过程产生了半个波长的附加光程差。常称“半波损失”讨论光波叠加时计算光程差要考虑是否存在“半波损失”当前第14页\共有39页\编于星期五\10点§15.3分振幅法产生的干涉——薄膜干涉薄膜利用透明介质的第一和第二表面对入射光的依次反射，将入射光的振幅分解为若干部分，由这些光波相遇所产生的干涉，称为分振幅法干涉。当前第15页\共有39页\编于星期五\10点一、薄膜干涉的光程差公式明暗纹条件CD当前第16页\共有39页\编于星期五\10点当前第17页\共有39页\编于星期五\10点入射光掠入射（i≈90°）或正入射（i=0）情况下：

明、暗纹条件：满足n1<n2<n3或n1>n2>n3时，不计半波损失。满足n1<n2>n3或n1>n2<n3时，计入半波损失；当前第18页\共有39页\编于星期五\10点（1）无半波损失时，明、暗纹均取k=0、1、2、…明纹：k=1、2、…；暗纹：k=0、1、2、…。（2）有半波损失时，明纹（相干）暗纹（相消）当垂直入射时，即i=0

则明纹（相干）暗纹（相消）当前第19页\共有39页\编于星期五\10点当薄膜和周围介质的折射率及入射光的波长给定之后，在上、下表面反射的相干光的光程差就取决于膜厚e（等厚干涉）及光线的入射角i（等倾干涉）。等厚干涉等倾干涉当前第20页\共有39页\编于星期五\10点二、等倾干涉对于厚度均匀的薄膜，凡以相同倾角入射的光，经膜的上、下表面反射后产生的相干光束都有相同的光程差，从而形成同一级干涉条纹。当前第21页\共有39页\编于星期五\10点当前第22页\共有39页\编于星期五\10点1.增透膜在透镜表面镀一层薄膜，利用干涉原理，使反射光产生相消干涉，从而增加光的透射。对单层增透膜（通常镀MgF2，n2=1.38），反射相干光满足：n2e——光学厚度膜

n1=1.0n2=1.38n3=1.50当前第23页\共有39页\编于星期五\10点2.高反射膜增反膜是利用在薄膜上、下表面反射光相长干涉的原理，使反射光得到增强。通常是在光学玻璃表面镀上一层折射率n2>n3的介质薄膜，工艺上通常采用多层膜。对于一般的照相机和目视光学仪器，通常选黄绿光作为“控制波长”，使膜的光学厚度等于此波长的1/4，在白光照射下的反射光呈现兰紫色。当前第24页\共有39页\编于星期五\10点

[例]在玻璃表面上镀一层折射率为2.35的硫化锌透明膜可增强反射。设一束波长为6000Å的单色光从空气中垂直照射到介质膜上，并用照度表测量透射光的强度，当介质膜的厚度逐渐增大时，透射光的强度发生时强、时弱的变化。求：当观察到透射光的强度第三次出现最弱时，介质膜已镀了多厚？[解]：反射光强与透射光强始终互补，由题知，反射光应三次出现最强，取K=3，当前第25页\共有39页\编于星期五\10点三、等厚干涉1.劈尖膜平行光接近垂直入射，在上、下表面反射的光相干迭加，在表面处看到干涉条纹。设薄膜的折射率为n2，明条纹暗条纹Lekek+1明纹暗纹当前第26页\共有39页\编于星期五\10点干涉条纹分布的特点：(2).

干涉条纹是平行于棱边的直条纹(3).

相邻明（暗）纹间距L：（适于平行光垂直入射）只有在

很小的劈尖上，才能看到干涉条纹Lekek+1明纹暗纹劈棱(1).

当有半波损失时，在劈棱处为暗纹，否则为一亮纹；当前第27页\共有39页\编于星期五\10点(4)当某种原因引起膜的等厚线发生变化时，将引起条纹作相应地移动。A.膜厚增加B.膜厚减薄利用薄膜干涉的原理，可测量单色光的波长、测出微小的角度，在工程技术中常来测定细丝的直径、薄片的厚度等等。等厚线等厚线条纹向劈棱方向平移条纹向远离劈棱方向平移当前第28页\共有39页\编于星期五\10点当前第29页\共有39页\编于星期五\10点［解］：方法一，由于n1<n2<n3，故不计半波损失。MN［例］在半导体器件生产中，为测定硅片上的Si02薄膜厚度，将薄膜一侧腐蚀成劈尖形状，如图。用钠黄光从空气中垂直照射到Si02表面上，在垂直方向上观察Si02劈尖膜的反射光干涉条纹，看到有七条暗纹，第七条恰位于N处，问薄膜的厚度？当前第30页\共有39页\编于星期五\10点第七条暗纹，k=6方法二：相邻暗纹间的膜厚之差明、暗纹间的膜厚之差故：ÅMN当前第31页\共有39页\编于星期五\10点2.牛顿环其装置是由一块曲率半径很大的平凸透镜与平玻璃接触，构成上表面为球面，下表面为平面的（空气）劈尖，劈尖等厚轨迹线是以接触点O为圆心的一系列同心圆环，故干涉图样为一组明暗相间且间距不等的同心圆环。因其最早被牛顿观察到的，故称为牛顿环平玻璃平凸透镜暗环当前第32页\共有39页\编于星期五\10点明环暗环e《R明、暗圆环公式：当前第33页\共有39页\编于星期五\10点当牛顿环内充以某种折射率为n的透明液体时，当前第34页\共有39页\编于星期五\10点干涉条纹的特点：(1).干涉图样是以接触点为圆心的一组明、暗相间的同心圆环，有半波损失时，中间为一暗斑。(2).从中心向外，条纹级数越来越高，条纹的间隔越来越密。(3).用白光照射将形成彩色光谱，对每一级光谱，红色的在外圈，紫色的在内圈。(4).增大透镜与平板玻璃间的距离，膜的等厚线向中心收缩，则干涉圆环也向中心收缩（内陷），膜厚每改变，条纹就向外冒出（扩张）或向中心内