《等厚干涉》PPT课件.ppt

等厚干涉InterferenceinThinFilm 厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹 13 1 4薄膜干涉 filminterference 薄膜干涉是分振幅干涉 常见薄膜干涉 肥皂泡上的彩色 雨天地上油膜的彩色 昆虫翅膀的彩色 膜为何要薄 光的相干长度所限 膜的薄 厚是相对的 与光的单色性好坏有关 普遍地讨论薄膜干涉是个极为复杂的问题 厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹 半波损失 产生半波损失的条件 光从光疏介质射向光密介质 即n1 n2 半波损失只发生在反射光中 对于三种不同的媒质 两反射光之间有无半波损失的情况如下 n1n2 n3无n1n3有n1 n2 n3有 情况1 n1 n2 n3 有 有 没有 情况2 n1 n2 n3 无 无 没有 情况3 n1n3 有 无 有 情况4 n1 n2 n3 无 有 有 1 薄膜的等厚干涉光程差的计算 薄膜干涉一般分为两类 即等倾干涉和等厚干涉 在一均匀透明介质n1中放入上下表面平行 厚度为e的均匀介质n2 n1 用扩展光源照射薄膜 其反射和透射光如图所示 L 薄膜干涉 反射光的光程差 加强 减弱 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 当光线垂直入射时 当时 当时 解 1 绿色 2 透射光的光程差 红光 紫光 2 不均匀薄膜表面的等厚条纹 劈尖 wedgefilm 劈形膜 夹角很小的两个平面所构成的薄膜叫劈尖 A 1 2两束反射光 例如在膜面上 A点 来自同一束入射光 它们可以产生干涉 明纹 暗纹 实际应用中 大都是平行光垂直入射到劈尖上 3 条纹间距 明纹或暗纹 2 相邻明纹 暗纹 间的厚度差 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 4 干涉条纹的移动 讨论 1 含义 劈尖张角越小 干涉条纹越稀疏 劈尖张角越大 干涉条纹越密集 2 d减小 干涉条纹右移d增大 干涉条纹左移 3 劈尖张角不变 平行移动劈上表面时 干涉条纹左移 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 一 点光源照明时的干涉条纹分析 L f P o r环 B i r A C D 2 1 S i i i 光束1 2的光程差 得 膜厚均匀 e不变 3薄膜等倾条纹 equalinclinationfringes 或 明纹 暗纹 相同倾角i对应同一条干涉条纹 光程差决定于倾角 条纹特点 越靠近中心 级次越高中心处干涉级最高 倾角i相同的光线对应同一条干涉圆环条纹 二 面光源照明时 干涉条纹的分析 只要入射角i相同 都将汇聚在同一个干涉环上 非相干叠加 观察等倾条纹的实验装置和光路 等倾干涉 1 薄膜厚度均匀2 常采用面光源提供入射光3 干涉条纹在无穷远处 用透镜汇聚 4 相同倾角i的入射光 经膜的上下表面发射后产生的相干光束具有相等的光程差 位于同一条干涉条纹上 5 干涉条纹通常为一组明暗相间的同心环 愈往中心 条纹级别愈高 等倾干涉 4 簿膜干涉的应用 1 牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成 光程差 牛顿环实验装置 光程差 暗纹 干涉条纹特征 4 已知 可求出R 3 相邻两暗环的间隔 干涉环间距不等 内疏外密 5 已知R可求 愈往边缘 条纹级别愈高 1 6 透射光与之互补 测量透镜的曲率半径 例3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 2 牛顿环的应用 测透镜球面的半径R 已知 测m rk m rk 可得R 测波长 已知R 测出m rk m rk 可得 检验透镜球表面质量 若条纹如图 说明待测透镜 球表面不规则 且半径有误差 依据公式 等厚干涉总结 1 薄膜厚度不均匀 不相等 2 入射光为平行单色光3 干涉条纹在薄膜表面4 同一等厚线上形成同一级次的干涉条纹5 等厚条纹通常为与棱边平行的明暗相间的直条纹 6 相邻干涉条纹对应的膜厚度差7 干涉条纹间距相等 劈尖薄膜干涉 牛顿环 明暗相间的同心圆环 条纹间距不等 内疏外密 条纹公式 例 折射率n 1 50的玻璃表面涂一层MgF2 n 1 38 为使它在5500 波长处产生极小反射 这层膜应多厚 最薄的膜k 0 此时 解 假定光垂直入射 n1 n n2 不加 2 k 0 1 2 暗条纹 2 增透膜 此膜对反射光相干相长的条件 可见光波长范围400 700nm 波长412 5nm的可见光有增反 问 若反射光相消干涉的条件中取k 1 膜的厚度为多少 此增透膜在可见光范围内有没有增反 如 照相机镜头呈现蓝紫色 消除黄绿色的反射光 例2 已知如图 玻璃的折射率n2 1 5 氧化膜折射率n1 2 21 膜的厚度为t 用 632 8nm的激光垂直照射 从A到B出现11条暗纹 且A处恰为一暗纹 求膜的厚度t 玻璃 氧化膜 解 令k 10 代入数据得 k 0 为第一条 单色光源 反射镜 反射镜 13 1 5迈克耳逊干涉仪 光程差 反射镜 反射镜 单色光源 迈克尔孙干涉仪的主要特性 两相干光束在空间完全分开 并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差 移动反射镜 干涉条纹的移动 当与之间距离变大时 圆形干涉条纹从中心一个个长出 并向外扩张 干涉条纹变密 距离变小时 圆形干涉条纹一个个向中心缩进 干涉条纹变稀 例 在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入10厘米长的玻璃管A B 其中一个抽成真空 另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到107 2条条纹移动 所用波长为546nm 求空气的折射率 解 设空气的折射率为n 相邻条纹或说条纹移动一条时 对应光程差的变化为一个波长 当观察到107 2条移过时 光程差的改变量满足 B管中原光程为 充以空气后光程变为 光程改变为 迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样品 由条纹的变化测量有关参数 精度高 小结 1 相干光相