第二章第四节2.4平板的双光束干涉-邓冬梅.ppt

第四节平板的双光束干涉 第二节中讨论了分波前干涉 这类干涉 由于空间相干性的限制 即分波前干涉法的干涉孔径角 总有一定大小 而且有 b 条件 只能使用有限大小的光源 实际应用中往往不能满足对条纹亮度的要求 激光光源除外 为了使用扩展光源 必须实现 0的干涉 这就是本节要讨论的平板的分振幅干涉 平板的分振幅干涉利用平板的两个表面对入射光的反射和透射 使入射光的振幅分解成两部分 这两部分光波相遇产生干涉 使得在使用扩展光源的同时 可保持有清晰的条纹 解决了分波前干涉中发生的条纹的亮度与条纹可见度的矛盾 分振幅干涉概述 分振幅干涉 一列波按振幅的不同被分成两部分 次波 两次波各自走过不同的光程后 重新叠加并发生干涉 常见的分振幅方法 光学介质分界面的反射和折射 常见的分振幅干涉 等倾干涉 等厚干涉 劈尖 牛顿环 等厚 平面平行 膜产生等倾干涉圆条纹 分光性质 振幅分割两个干涉的点源 两个反射面对S点的象S1和S2 S D E P F 平行平板的分振幅干涉 一 干涉条纹的定域 定域区 能够得到清晰干涉条纹的区域 称为定域区 该区域若对应平面或曲面则称为定域面 非定域干涉 两单色相干点源在空间任意一点相遇 总有一个确定的光程差 从而产生一定的强度分布 并都能观察到清晰的干涉条纹 这种干涉称为非定域干涉 在扩展光源的情况下 在空间任意一点 由光源上不同点源出发到达该点的产生双光束干涉的两支相干光的光程差不同 从而在该点引入了光程差变化 在 4的那些区域 条纹可见度下降 观察不到清晰的干涉条纹 而在 4的那些区域 尽管采用了扩展光源 条纹仍保持有高的可见度 定域干涉是和扩展光源的使用联系在一起的 他本质上是一个空间相干性的问题 由于分振幅干涉是实现 0的干涉 因此条纹的定域区可以根据在照明场中对应于 0的光线通过干涉系统后在干涉场中的交点的轨迹来确定 二 平行平板 Plane ParallelPlates 干涉 等倾干涉Interferenceofequalinclination 1 光程差计算 S D E P F 平行平板的分振幅干涉 P点处的强度为 式中I1 I2是两相干光各自在P点产生的强度 是两相干光在P点的光程差 式中n和n 分别是平板折射率和周围介质的折射率 由于周围介质折射率一致 所以两个表面的反射光中有一支光发生 半波损失 应当再考虑由反射引起的附加光程差 2 在平行平板的干涉中 光程差只取决于折射角 2 相同 2 从而有相同入射角 1 的入射光构成同一条纹 故称等倾条纹 2 平板干涉装置注意 采用扩展光源 条纹域在无穷远 条纹成象在透镜的焦平面上 产生等倾条纹的装置 3 条纹分析 Fringesofequalinclination 中央条纹宽 边缘条纹窄 平板越厚 条纹也越密 5 反射光条纹和透射光条纹互补 平行平板干涉的反射光条纹和透射光条纹 a b 反射光干涉及条纹对比度 c d 透射光干涉及条纹对比度 二 应用1 增透膜 光在膜的上下表面反射时都有半波损失 反射光干涉相消时有 膜的最小厚度为 或 光学厚度 此时透射光增强 即光学厚度为某一波长的1 4时 则膜为该波长的增透膜 2 高反射膜 光在每层膜的上下表面反射时只有一个面有半波损失 第一层 最小光学厚度为 第二层 最小光学厚度为 即每层膜的光学厚度都为 4时 可得到该波长的高反射膜 二 楔形平板干涉 等厚干涉Interferenceofequalthickness 图12 16用扩展光源时楔行平板产生的定域条纹a 定域面在板上方b 定域面在板内c 定域面在板下方 1 定域面的位置和定域深度 楔形平板干涉 两个不平行平面的分振幅干涉称为楔形平板干涉 图12 18楔形平板的干涉 2 光程差计算 式中n为楔形平板的折射率 n 为周围介质的折射率 垂直入射时 光程差是厚度h的函数 在同一厚度的位置形成同一级条纹 板的厚度一般很小 且楔角也不大 图12 19观察板上等厚条纹的一种实用系统 劈尖干涉 空气隙劈尖 明暗条件 等厚条纹 d 1 劈尖愈厚处条纹级别越高 2 棱边处d 0 对应着暗纹 3 相邻两明 暗 纹间对应的厚度差为 d 暗纹 讨论 由上式看出 越小 越大 条纹愈清晰 4 明 暗 纹间距L Lsin d 1 对于折射率均匀的楔形平板 条纹平行于楔棱 Dh 2 3 4 劈尖上表面向上平移 干涉条纹间距不变 条纹向棱边移动 反之条纹向相反方向移动 对空气层 平移距离时有一条条纹移过 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