《平板双光束干涉》PPT课件.ppt

薄膜干涉分振幅法得相干光,利用透明薄膜的两个表面对入射光的反射，把入射光的振幅分解为两部分，获得相干光。,这两部分光相遇产生的干涉叫薄膜干涉。,平行平面膜干涉,劈形膜干涉,劈尖的棱,L,一 平行平面膜的干涉,折射定律：,L,反射光的光程差,注意：当薄膜处于同一介质中，光在其上、下表面反射时物理性质必相反，有半波损失现象，故两束反射光相遇时有额外光程差,独立膜一定存在半波损失,透射光的光程差,注意：透射光和反射光干涉具有互 补 性 ，符合能量守恒定律.,讨论：,（1）当光线垂直入射时,（2）透射光(无半波损失),透射光与反射光相差 。,（3）若薄膜（n2）处于两种介质（n1、n3）中，什么 情况下出现半波损失？,光线2、3都有半波损失,光线2、3都没有半波损失,光线2有半波损失,光线3没有半波损失,光线2没有半波损失,光线3有半波损失,1）,2）,3）,4）,要考虑半波损失,当：,等厚干涉(同级条纹对应膜的厚度相等),等倾干涉（入射角为倾角）,同级条纹对应的入射角相等,（4）公式 对劈形膜也成立。,(5)如光源用复色光源，则干涉条纹是彩色的。,解 (1),绿色,(2) 透射光的光程差,红光,紫光,增透膜和增反膜,薄膜干涉的应用：可以测定波长或薄膜的厚度，还可以提高光学器件的透光率 .,1、增透膜,透射光干涉加强，根据能量守恒定律，反射光减弱，透射光就加强了，这种能减少反射光强度而增加透射光强度的薄膜称为增透膜。,2、增反膜,为了增加对底片感光效果好的绿光的透射率，在镜头前镀氟化镁薄膜，起增透作用。,反射光干涉加强。,取,（增强）,氟化镁为增透膜,减弱,解,则,例7 一平板玻璃(n3=1.50)上有一层透明油膜(n2=1.25)，要使波长=6000的光垂直入射无反射，薄膜的最小膜厚e=?,解 凡是求解薄膜问题应先求出两反射光线的光程差。,对垂直入射，i =0，于是,+ 半 =,2hn2,无反射意味着反射光出现暗纹，所以,n2=1.25(薄膜的折射率);要h最小，k =0,(k=0,1,2,),=1200=1.210-7m,红 光 760620nm 3.91014 4.3 1014Hz 橙 光 620590nm 4.81014 5.1 1014Hz 黄 光 590560nm 5.11014 5.4 1014Hz 绿 光 560500nm 5.41014 6.0 1014Hz 青 光 500480nm 6.01014 6.3 1014Hz 蓝 光 480450nm 6.31014 6.7 1014Hz 紫 光 450 400nm 6.71014 7.5 1014Hz,可见光的颜色对应的波长范围,一 劈 尖,明纹,暗纹,h,G1,G2,等厚干涉,光程差：,明纹处劈尖厚度,暗纹处劈尖厚度,1）劈尖棱边,为暗纹.,（暗纹条件）,2）相邻两暗纹（明纹）间对应的劈尖厚度差：,相同,3）相邻两暗纹（明纹）的间距：,（1）等厚干涉：,光程差是介质厚度的函数，,对于同一级条纹，具有相同的介质厚度。,（2）劈尖干涉条纹是一系列明暗相间的、等间距分布的、平行于棱边的平直条纹。,在劈棱处（h=0）有半波损失,每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动.,（3）干涉条纹的移动,夹角变大，条纹变密，条纹向棱移动,夹角变小，条纹变疏，条纹远离棱移动,向上平移时，条纹间距不变，条纹整体靠近棱移动,向下平移时，条纹间距不变，条纹整体远离棱移动,干涉条纹的移动,每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动.,等厚干涉条纹,劈尖,不规则表面,白光入射,单色光入射,肥皂膜的等厚干涉条纹,依据：,测表面不平度,应用：,劈尖干涉的应用,劈尖干涉的应用,3）检验光学元件表面的平整度,4）测细丝的直径,(5) 测量微小位移,厚度每改变/2n条纹平移一条,(6)测介质折射率,例、如何判断两个直径相差很小的滚珠的大小 ？ （测量工具：两块平板玻璃）,说明 ：1珠小,说明 ：1珠大,若发现等厚条纹间隔变密,在靠近“1”那 端轻轻压一下,若发现等厚条纹间隔变宽,例 有一玻璃劈尖,放在空气中,劈尖夹角 , 用波长 的单色光垂直入射时 , 测得干涉条纹的宽度 , 求这玻璃的折射率.,解,例 用等厚干涉法测细丝的直径d。取两块表面平整的玻璃板，左边棱迭合在一起，将待测细丝塞到右棱边间隙处，形成一空气劈尖。用波长0的单色光垂直照射，得等厚干涉条纹，测得相邻明纹间距为L，玻璃板长L0，求细丝的直径。,解：相邻明纹的高度差,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？,解：,相邻暗纹间的膜厚之差,明、暗纹间的膜厚之差,例 利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工 件表面存在的极小的加工纹路， 在经过精密加工的工件表面上放一光学平面玻璃，使其间形成空气劈形膜，用单色光照射玻璃表面，并在显微镜下观察到干涉条纹，如图所示，试,根据干涉条纹的弯曲方向，判断工件表面是凹的还是凸的；并证明凹凸深度可用下式求得 ：,解：工件表面是下凹的，如图所示。 由图中相似直角三角形可:,所以:,二 牛顿环,由一块平板玻璃和一平凸透镜组成,1 牛顿环实验装置,2 反射光光程差及条纹,A,1,2,e,空气劈尖 n=1,暗纹,在同一级干涉条纹上,e,牛顿环的半径,1 、从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？,由半波损失造成的,2、干涉花样：,k=0，r =0 中心是暗斑,以接触点为中心的明暗相间的同心圆环。,k越大，相邻明（暗）环之间的间距越小，条纹的分布是不均匀的。,问题：属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？,答：厚度非线性增长条纹不等间距 厚度线性增长条纹等间距,牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的同心圆环。,3、牛顿环的半径,问题：将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？,所以：条纹变密，间距变小,4、从明暗环半径分析条纹的特点,(1)与平行平面膜干涉圆环作对比,等倾干涉,小,大,中心条纹级次高,入射光线不变，h增大，环中心处有圆环冒出,h减小，环中心处有圆环吞入,(2)牛顿环,中心处 h 小,中心条纹级次低，内疏外密,5、干涉条纹的变化,(1)曲率半径R变小，干涉条纹变密集，中心处没有移动,(2)平凸透镜向上移动时，中心处有圆环吞入,平凸透镜向下移动时，中心处有圆环冒出,(3)对空气层平移 的距离时，有一条条纹吞（吐）,向上平移 ，吞入一条条纹 向下平移 ，吐出一条条纹,6、应用,(1)在实验室中，可以用来测量透镜的曲率半径和光波波长,若已知，可求出R;,若已知R ，可求出,rk和rk+m可以测量,(2)在工业上，可以用来用于检测透镜质量,环外扩：要打磨中央部分,环内缩：要打磨边缘部分,（3）牛顿环在光学冷加工中的应用,7、半波损失需具体问题具体分析,例9 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛顿环实验，测得第个 k 暗环的半径为5.63mm , 第 k+5 暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R.,解,单色光源,反射镜,反射镜,一 迈克耳逊干涉仪,1,2,E,迈克耳逊干涉仪,反射镜,反射镜,单色光源,二 干涉条纹,移动反射镜,3 干涉