浙大物理光学最新课件新版 03第三章2

6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 分波前分波前法法 杨杨氏干氏干涉涉 缺缺点 点 空间相干性空间相干性 小小光源光源 条纹亮度条纹亮度大光源大光源 矛盾矛盾 分分振幅振幅法法 平平板干板干涉涉 优优点 点 可用可用扩展光源扩展光源 可获可获得清晰条纹得清晰条纹 解决解决 矛盾矛盾 第三章 光的干涉和干涉仪 p S 分波面法分波面法 分振幅法分振幅法 p 薄膜薄膜 S S 0 A 1 A 2 P2 P1 平行平板平行平板 楔形平板楔形平板 0 040 0370 0001 0 884 0 0014 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 近近似处理 只考虑双光束干涉似处理 只考虑双光束干涉 6 1 6 1 条条纹的定域纹的定域 非定非定域域干涉干涉 空间 空间任何区域任何区域都都能产生 能产生 定定域干涉域干涉 空间 空间某些区域某些区域才能产生 才能产生 1 1 条纹定域 能够得到清晰干涉条纹的区域 条纹定域 能够得到清晰干涉条纹的区域 工作原理 工作原理 两个干涉的点源 两个干涉的点源 两两个反射面对个反射面对S点点的的像像 S1和和S2 点光源照明产生非定点光源照明产生非定域干涉域干涉 第三章 光的干涉和干涉仪 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 S S1 S2 P M1 M2 n 第三章 光的干涉和干涉仪 6 1 6 1 条条纹的定域纹的定域 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 b 0 对应光源的临界宽度为无穷大对应光源的临界宽度为无穷大 空间相干性 空间相干性 P点观察到干涉条纹条件点观察到干涉条纹条件 S S1 S2 P M1 M2 n 第三章 光的干涉和干涉仪 6 1 6 1 条条纹的定域纹的定域 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 离平板无穷远离平板无穷远 望远镜的焦面上望远镜的焦面上 条纹定域的条纹定域的位置 位置 平行平板的分振幅干涉是可实现平行平板的分振幅干涉是可实现的的干涉干涉 0 n n h L F 1 2 p C B A N S n 1 n ABBCn AN 121 12 sin2 tansin sinsin ANACh nn 2 2cosnh 光光程差计算程差计算 kIIIIIcos2 2121 第三章 光的干涉和干涉仪 6 2 6 2 平平行平板干涉 等倾干涉 行平板干涉 等倾干涉 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 nh L F 1 2 p C B A N S n 方法 光方法 光程差程差 相位差相位差 光强的分布光强的分布 干涉条纹干涉条纹 双光束干涉双光束干涉 2 cos h ABBC 2 cos2 2 nh 若平板周围介质相同若平板周围介质相同 有 有半波损失半波损失 2 2 n n 第三章 光的干涉和干涉仪 6 2 6 2 平平行平板干涉 等倾干涉 行平板干涉 等倾干涉 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 光光程差只程差只取决于入射取决于入射 折射角折射角 相同入射角相同入射角的入射的入射 光构成同一条纹光构成同一条纹 称等倾条纹称等倾条纹 采用扩展面光源照明时采用扩展面光源照明时 条纹的对比度不会降低条纹的对比度不会降低 条纹如同点光源照明一样清晰条纹如同点光源照明一样清晰 并且并且亮度很大亮度很大 2 1 当望远镜当望远镜焦平面与平板表面平行时焦平面与平板表面平行时 等倾条纹是一等倾条纹是一 组同心圆条纹组同心圆条纹 圆心位于透镜的焦点圆心位于透镜的焦点 第三章 光的干涉和干涉仪 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 6 3 6 3 圆圆形等倾条纹形等倾条纹 第三章 光的干涉和干涉仪 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 6 3 6 3 圆圆形等倾条纹形等倾条纹 扩展面光源可视为无数个点光源的集合扩展面光源可视为无数个点光源的集合 它们处于它们处于 空间不同位置空间不同位置 以不同以不同 1 1角入射角入射 凡凡 1 1相同者必因有相同者必因有 相同的相同的 值而产生相同的干涉结果值而产生相同的干涉结果 形成同一条纹形成同一条纹 光程与条纹级数 中心 o mnh 2 2 1 1 1 0 光程差最大 对应光程差最大 对应 最大干涉级 最大干涉级 第三章 光的干涉和干涉仪 6 3 6 3 圆圆形等倾条纹形等倾条纹 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 2 cos2 2 nh 平板厚度平板厚度h变化变化 2n时时 干涉条纹级干涉条纹级数数m变化变化一级一级 h增大增大 条纹级数条纹级数m增增大大 中心有中心有条纹冒出条纹冒出 整组条纹外移整组条纹外移 h减小减小 条纹级数条纹级数m减小减小 中心有条纹消失中心有条纹消失 整组整组条纹内缩条纹内缩 qN h n n 1 1 1N 2 2 条纹角 条纹角半径半径 1N 条纹半径对物镜条纹半径对物镜L中心张角中心张角 和和半径半径r 平板平板厚度厚度h越大越大 条纹数目越多 条纹数目越多 条纹半径越条纹半径越小 小 条纹越密 条纹越密 第三章 光的干涉和干涉仪 6 3 6 3 圆圆形等倾条纹形等倾条纹 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 1 M 2 M 1 M 2 M 1NN rf 2 2cos 2 nhm 3 3 条纹角间距 条纹角间距 第三章 光的干涉和干涉仪 6 3 6 3 圆圆形等倾条纹形等倾条纹 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 21 n dd n 1 2 1 2sin n d n h 中央条纹疏 边缘条纹密 平板愈厚条纹也愈密 中央条纹疏 边缘条纹密 平板愈厚条纹也愈密 1 2 1 2sin n ef df n h 22 2sindnhddm 1dmm 相邻条纹相邻条纹 f e 无半波光程差 无半波光程差 光程差光程差为为 2 cos nh 2 S A 0 n 0 n nh 1 2 L P 第三章 光的干涉和干涉仪 6 4 6 4 透透射光的等倾干涉条射光的等倾干涉条纹纹 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 透射光与透射光与反射光反射光 等倾干涉条纹等倾干涉条纹互补互补 当当平板反射率平板反射率很低时很低时 两反射光两反射光的的强度相差强度相差很小很小 条纹的条纹的可见度可见度很高很高 两透射光的两透射光的强度相差很大强度相差很大 条纹的 条纹的可见度很低可见度很低 第三章 光的干涉和干涉仪 6 4 6 4 透透射光的等倾干涉条射光的等倾干涉条纹纹 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 4 0 96 3 84 3 7 反射光干涉反射光干涉透射光干涉透射光干涉 2 2cos 2 nh 2 2cosnh 100 96 0 04 96 3 84100 4 0 04 4 0 16 96 0 16 0 96 0 16 r I t I 2 4 6 8 10 3 5 7 9 16 84 100 反射光反射光 强分布强分布 透射光透射光 强分布强分布 第三章 光的干涉和干涉仪 空气空气 玻璃界面 接近玻璃界面 接近正入射正入射 反射光反射光 透射光等倾条纹强度透射光等倾条纹强度分布分布 6 4 6 4 透透射光的等倾干涉条射光的等倾干涉条纹纹 6 6 平平行平板产生的干涉行平板产生的干涉 0 9999 V 0 0814 V 第三章 光的干涉和干涉仪 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 楔形平板 两个表面成楔角的平板 楔形平板 两个表面成楔角的平板 等厚干涉等厚干涉 7 1 7 1 干干涉的定域性涉的定域性 楔形平板可以楔形平板可以产生非定域干涉和定域干涉 产生非定域干涉和定域干涉 点光源点光源照明照明产生产生 非非定域干涉定域干涉 扩展光源照明扩展光源照明 产生产生定定域域干涉干涉 空间相干性空间相干性 第三章 光的干涉和干涉仪 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 A B S P G P1 P2 A1 A2 S D1D2 G 干涉定域面干涉定域面 S 点光源点光源扩展光源扩展光源 由由作作图确定图确定 0 S P b S P a 用用扩展光源扩展光源时楔行平板产生的定域条纹时楔行平板产生的定域条纹 如果平板厚度足够小 定域面很靠近平板表面如果平板厚度足够小 定域面很靠近平板表面 S P c 第三章 光的干涉和干涉仪 7 1 7 1 干干涉的定域性涉的定域性 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 定域面在板上方定域面在板上方定域面在板内定域面在板内定域面在板下方定域面在板下方 干涉定域干涉定域面的确定面的确定 b 第三章 光的干涉和干涉仪 7 2 7 2 楔楔形平板产生的等厚条纹形平板产生的等厚条纹 白白光入射的肥皂光入射的肥皂 泡表面条纹泡表面条纹 检检验光学元件平整度的条纹验光学元件平整度的条纹 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 第三章第三章 光的干涉和干涉仪光的干涉和干涉仪 kIIIIIcos2 2121 双光束干涉双光束干涉 7 2 7 2 楔楔形平板产生的等厚条纹形平板产生的等厚条纹 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 光程差光程差 CPAPnBCABn a 2 cos2 nh a 板厚度很小 楔角不大 用板厚度很小 楔角不大 用 平行平板的公式近平行平板的公式近似似 A C P B S Gn n n 1 2h 若平板两侧介质不同若平板两侧介质不同 且 且n介于二者之介于二者之间 两间 两光波在反射光波在反射 时都没有半波损失或都有半波损时都没有半波损失或都有半波损失失 若平板两侧介质相同若平板两侧介质相同 存在 存在半波损半波损失 失 第三章 光的干涉和干涉仪 2 cos2 2 nh 2 cos2 nh 楔形平板的折射率是均匀的楔形平板的折射率是均匀的 平行光入射平行光入射 干涉条纹与平板上厚度相同点的轨迹干涉条纹与平板上厚度相同点的轨迹 等厚线等厚线 对对 应应 等厚条纹等厚条纹 假设 假设 等厚干涉条纹等厚干涉条纹 7 2 7 2 楔楔形平板产生的等厚条纹形平板产生的等厚条纹 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 对于折射率对于折射率均匀均匀楔形楔形平板平板 劈劈棱处棱处h 0 只是由于有 只是由于有 半波损失 两相干光相差为半波损失 两相干光相差为 形成形成暗条纹暗条纹 第三章 光的干涉和干涉仪 明条纹明条纹 暗条纹暗条纹 mnh 2 2 2 1 2 2 mnh 0 m 1 m 2 m 1 m 2 m 明纹明纹 暗纹暗纹 实际应用中大都是实际应用中大都是平行光垂直入射平行光垂直入射到劈尖上到劈尖上 7 2 7 2 楔楔形平板产生的等厚条纹形平板产生的等厚条纹 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 第三章 光的干涉和干涉仪 相相邻明邻明纹纹 或或暗暗纹纹 对对应的应的条纹间距条纹间距 相相邻明邻明纹纹 或或暗暗纹纹 对对应的应的平板厚度差平板厚度差 n hhhe mm 2 1 sin2sinn e l 条纹间距条纹间距 或明纹或明纹 暗纹宽度暗纹宽度 n l 2 sin由于由于 很很小小 1 m 2 m 明纹明纹 m h 1 m h l e 7 2 7 2 楔楔形平板产生的等厚条纹形平板产生的等厚条纹 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 A 劈尖的等厚干涉条纹是等间距的 劈尖的等厚干涉条纹是等间距的 B 劈尖的棱劈尖的棱角角 越越小 条纹间距小 条纹间距越大 越大 C l 光波波长越长 条纹间距越大 光波波长越长 条纹间距越大 第三章 光的干涉和干涉仪 白光入射 白光入射 复色光源 除光程差等于零的零级条复色光源 除光程差等于零的零级条 纹为白色外 零级附近的条纹都将带有颜色 纹为白色外 零级附近的条纹都将带有颜色 白光入射白光入射单色光入射单色光入射 肥皂膜的等肥皂膜的等 厚干涉条纹厚干涉条纹 7 2 7 2 楔楔形平板产生的等厚条纹形平板产生的等厚条纹 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 7 3 7 3 等等厚条纹的应用厚条纹的应用 第三章 光的干涉和干涉仪 实现微小量测量 测细小直径实现微小量测量 测细小直径 微小厚度 微小厚度 检验工件检验工件 光学元件光学元件 表面光洁度 表面光洁度 楔楔形平板干涉形平板干涉 等厚干涉等厚干涉 在现代精密测量在现代精密测量中的中的应应用用 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 L h 测测薄片厚度或细丝直薄片厚度或细丝直径径 2 sin l n sin h L nl L h 2 l 光学平板玻璃光学平板玻璃 待测平面待测平面 检查工件表面光洁度检查工件表面光洁度 第三章 光的干涉和干涉仪 由于同一条纹下的空气薄膜由于同一条纹下的空气薄膜 厚度相同 当待测平面上出厚度相同 当待测平面上出 现现凹槽凹槽时条纹向左弯曲 时条纹向左弯曲 光学平板玻璃光学平板玻璃 待测平面待测平面 7 3 7 3 等等厚条纹的应用厚条纹的应用 7 7 楔楔形平板产生的干涉形平板产生的干涉 凹槽凹槽 第三章 光的干涉和干涉仪 则 则 a b l h 凹槽深凹槽深为 为 设 设 a是条纹弯曲深度 是条纹弯曲深度 l是条纹间隔 是条纹间隔 2 h而 而