大学物理第五版薄膜干涉,劈尖演示课件

1、1,复习上次课内容,3. 双缝干涉中产生明、暗条纹的条件,从光程计算：若满足光程差,明条纹,暗条纹,1.光程,光在某一介质中所经历的几何路程L与该介质的折射率n 的乘积 n L,2.两束光的光程差,2,从光屏中心O处量起,则,明条纹,暗条纹,3,计算条纹间距,4,反射光干涉光程差的计算,4. 薄膜干涉产生明、暗条纹的条件,特例：若光线垂直入射到薄膜上, i=0, (=0,则有,反射光干涉产生明、暗条纹的条件,明纹,暗纹,5,何时在公式中添加附加光程差,不论入射光的的入射角如何,满足n1n3(或n1 n2 n3,满足n1n2n3(或n1 n2 n3,产生额外光程差,不产生额外光程差,薄膜干涉的应

2、用,END,6,一 劈 尖,11-4 劈尖 牛顿环,夹角很小的两个平面所构成的薄膜,平行单色光垂直照射劈尖上。上、下表面的反射光将产生干涉,厚度为d 处，两相干光的光程差为,劈尖分两类,空气劈尖,实心劈尖,7,1、空气劈尖,使光垂直入射到空气劈尖的上表面,在空气层的上、下表面反射后，形成相干光,联系干涉明暗条纹条件，可有,若入射点处空气层厚（膜厚）为d，入射角 则由,8,2、实心劈尖,联系干涉明暗条纹条件，可得,结论: 劈尖上厚度相同的地方，两相干光的光程差相同，对应一定k值的明条纹或暗条纹,n1=1, n2=n, 使光垂直入射， i=0,由,9,劈尖干涉,1)棱边处,为暗纹,3、劈尖干涉条纹

3、的特征,有“半波损失,明(暗)条纹对应的劈尖厚度,光程差,10,为光在介质中的波长,3)相邻明纹(暗纹) 间距,2)相邻明纹（暗纹）之间的厚度差,由此可得劈尖角,11,4 )干涉条纹的移动,练习,12,例1 波长为680nm的平行光照射到L=12cm长的两块玻璃片上，两玻璃片的左端相互接触，右端被厚度=0.048mm的纸片隔开,解:根据薄膜干涉产生暗条纹条件,试问在这12 cm长度内会呈现多少条暗条纹 ,13,共有142条暗纹,根据,条纹最大级数对应最大厚度，可有,14,劈尖干涉的应用,15,3)检验光学元件表面的平整度,16,4)测细丝的直径,End,17,二 牛顿环 (等厚干涉特例2,由一

4、平凸透镜和一块平板玻璃组成,光程差,18,牛顿环实验装置,显微镜,S,L,M 半透半反镜,T,明、暗环的半径：由,20,总结 (劈尖、牛顿环,1)干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹,等厚干涉,相邻条纹对应的厚度差为入射光波长的一半,21,2)厚度线性增长条纹等间距(劈尖)，厚度非线性增长条纹不等间距(牛顿环,3)条纹的动态变化分析（ 变化时,22,4)半波损失需具体问题具体分析,END,23,一 光的衍射现象,11-6 光的衍射,24,光在传播过程中若遇到尺寸比光的波长大得不多的障碍物时，光会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布的现象,25,二 惠更斯-菲涅耳原理,波阵

5、面上面元 (子波波源,时刻波阵面,对于波前上由面元S 发出的子波在P点引起的光振动的振幅和相位,菲涅耳有如下假设,1）.每一面元 S 发出的子波在P点引起的光振动的振幅与S的大小成正比,与S 到P点的距离r 成反比,并与r 和面元S 的法线方向之间的交角 有关, 越大则振幅越小,26,2）.因波阵面S 上各点均同相位,所以任一面元S 在P点引起的光源振动的相位,仅由r决定,所有面元 S 发出的子波在P点引起的光振动,27,三 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射,衍射分类,28,END,29,11-7 单缝衍射,2.单缝衍射图样的形成,1.单缝的夫琅禾费衍射,实验装置,30,定性分析,设单缝宽为b ,波长

6、为 的平行单色光垂直入射到单缝上,则：缝AB可视为波阵面的一部分，其上每一点为子波源，向各方向发出子波，用衍射线表示,方向相同的一组衍射线经透镜会聚后在屏上同一点相遇（如O、Q、p,定义：衍射线的方向与缝平面法线的夹角称为衍射角,31,a) 的衍射线汇聚至屏幕中心O点，为中央明纹,为任意角时,对应屏上的任一点Q处，是明纹还是暗纹取决于各衍射线在Q点的光程差,作,再考虑经狭缝边缘出射的两条光线的光程差,32,设想作一组间距为 的一系列平面与Ac平面平行,菲涅耳半波带,如图,因各波带面积相等,可以 认为各波带发出的子波数目 相同,且 相邻两波带发出的子波在汇聚点之光程差正好是/2,这些平面也将单缝

7、所在处的波阵面AB 沿缝宽方向分隔成一系列等宽的狭长波带面,33,自AB射出的光线因衍射角不同,分割AB的波带数目亦不同；衍射角越大，分割的半波带个数越多,34,结论,若设缝AB 分成的半波带数为k ,即,a)对给定的衍射角,若k为偶数,即单缝正好能分成偶数个半波带,则所有波带的作用成对地相互抵消,因而在p点出现暗纹,若k为奇数,即单缝正好能分成奇数个半波带,则所有波带两两相消后,总要剩下一个半波带的光,在p点没有被抵消，因而p 点出现明纹,由于相邻的半波带发出两两对应的光线在汇聚点的相位差总是 ，因此相邻两个半波带在Q点的振动相互抵消,因屏上各点与衍射角 一一对应，当 角由小到大时，对应的衍

8、射光线间的最大光程差BC 逐渐增大,b)对不同的衍射角,一般情况，若单缝不能恰好分成半波长的整数倍，则p点的光强介于最明和最暗之间,缝可分成的半波带数会经历偶、奇、偶、奇的变化，因而屏上就出现由中央到两侧的明暗条纹,形成单缝衍射图样,演示V3.0,36,干涉相消(暗纹,干涉加强(明纹,介于明暗之间,中央明纹中心,单缝衍射的明暗纹条件,37,说明,a)正负号表示同级衍射条纹对称分布在中央明纹两侧,b)单缝衍射的明暗条件从形式上看刚好与干涉相反,这正是利用干涉的结论所得出的必然结果,c)k不能取零,熟记,38,二 衍射条纹的光强分布,光强分布不均匀,中央明纹最亮,其它明纹的光强随级次增大而迅速减小

9、,39,中央明纹的宽度,其它明纹的线宽度均相等,三、亮条纹的宽度,两个第一级暗纹中心之间的距离,40,既是透镜中心相对于中央明纹的张角,也是形成第一级暗纹的光线对应的衍射角,根据衍射形成暗纹条件,对于第一级暗纹,应取k=1,41,单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化,讨论,42,越大， 越大，衍射效应越明显,入射波长变化，衍射效应如何变化 ,43,四.单缝衍射的动态变化,单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上,单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变,练习,44,例:水银灯发出的波长为546nm绿色平行光,垂直入射到宽为0.437mm的单缝上。缝后放置一焦距为40cm的透镜,求在透镜焦平面上出现的衍射条纹中，