第三章2-薄膜干涉(1)课件.ppt

1、3.6;3.7 “分振幅法”获得相干光薄膜干涉 一. 薄膜干涉现象 二. 薄膜干涉的一般公式 三. 等倾干涉 四. 等厚干涉,减弱,加强,三. 等倾干涉,当,薄膜为厚度均匀的 平面膜,干涉条件：,等倾干涉现象,L,P,o,r环,i,r,2,1,S,i,条纹特点,形状:,一系列同心圆环,明暗:,干涉条纹更加明亮,越大条纹级次越小,条纹级次分布:,条纹间隔分布:,内疏外密,越大条纹越密,膜厚变化时，条纹的移动：,讨论,可得相邻两条纹的角间距,条纹间隔分布:,内疏外密,越大条纹越密,任何两个相邻的明条纹或暗条纹之间所对应的 空气层厚度之差为：,任何两个相邻的明条纹或暗条纹之间的距离, 越小，干涉条纹

2、愈疏， 越大，干涉条纹愈密。,牛顿环,在一块光平的玻璃片B上， 放一曲率半径R 很大的 平凸透镜A， 在A 、 B之间形成一劈形空气薄膜,当垂直入射的单色平行光透过平凸透镜后， 在空气薄膜的上、下表面发生反射， 这两束光是相干光， 它们在透镜下表面处相遇而发生干涉，,牛顿环,光程差,由牛顿环结构可知， 等厚线为以接触点为圆心的同心圆， 所以牛顿环干涉图样为同心的明暗相间的圆环。,接触点,暗斑,下面确定明、暗圆环的半径：,光程差：,k = 1, 2, ,第k个明环半径,明环：,略去,光程差：,(k = 0, 1, 2, ),第k个暗环半径,暗环：,r 越大条纹越密,应用：,测透镜球面的半径R：

3、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,上面介绍的劈尖和牛顿环的干涉现象， 都是在薄膜的反射光中看到的， 在透射光中，也同样有干涉条纹， 但这时条纹的明暗情形与反射时恰好相反， 在接触处为明纹（为什么）。,上面用的都是单色光，若用复色光（如白光） 将会看到彩色条纹,看到的级次少，为什么？,例1,利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工件表面 存在的极小的凹凸不平。,在显微镜下观察干涉条纹。 试根据干涉条纹弯曲的方向， 说明工件表面是凹还是凸？ 并证明深度可用下式求的。,在经过精密加工的工件表面上放一光学平面玻璃， 使其

4、间形成空气劈尖，用单色光垂直照射玻璃表面,解：,干涉条纹弯曲说明工件表面不平， 因为k 级干涉条纹各点都相应于同一气隙厚度， 如果条纹向劈尖棱的一方弯曲，由式,说明该处气隙厚度有了增加，可判断该处为下凹,例2、用波长为的平行单色光垂直照射图中所示装置，下半部分为一圆柱形凹面，观察空气薄膜上下表面反射光形成的等厚干涉条纹，计算各级暗纹的位置并在装置下方的方框内画出相应的暗条纹的大致位置（要表示出它们的形状，条数和疏密）。,等厚干涉,形状：,直条纹,解:,暗纹条件：,条数：,d=0处是暗纹,8条暗纹,疏密（位置分布）:,等厚干涉,形状：,直条纹,解:,暗纹条件：,条数：,d=0处是暗纹,8条暗纹,

5、外密内疏,例3,用单色光观察牛顿环，测得某一明环的直径为 3.00mm，它外面第五个明环的直径为4.60mm, 平凸透镜的半径为1.03m，求此单色光的波长。,解：,明环的级次为k,3.8.1 干涉仪迈克尔逊干涉仪,干涉仪是根据光的干涉原理制成的精密测量仪器， 它可精密地测量长度及长度的微小改变等。 在现代科学技术中有着广泛的应用。 干涉仪的种类很多，这里只介绍在科学发展史上 起过重要作用并在近代物理和近代计量的发展上 仍起着重要作用的迈克尔逊干涉仪。,迈克耳逊干涉仪,一. 仪器结构、光路,一. 仪器结构、光路,半透半反膜,M1和M2是精密磨光的平面反射镜， 分别装在相互垂直的两臂上， M1固

6、定， M2而可通过精密丝杆 沿臂长的方向移动。,G1和G2是两块完全相同的玻璃板,G2被称为补偿板，是为了使光束1也同光束2一样地 三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。,M1和M2与G1和G2 成45角倾斜安装。,在G1的后表面上镀有半透明的银膜， 能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光。,二. 干涉结果分析,由于G1银膜的反射， 使在M2 附近形成M1的一个虚像M1,当调节M1使M1与M2相互精确地垂直， 在屏幕上可观察到圆形的等倾条纹， 如果M1与M2偏离相互垂直的方向， 这时就能观察到等厚直条纹。,因此光束1 和光束2 的干涉 等效于由M2 和M1之间 空气薄膜产生的干涉。,等 厚 干 涉 条 纹,等 倾 干 涉 条 纹,二. 干涉结果分析,当条纹为等倾条纹时，移动M2 ， 相当于改变M2 和M1之间空气薄膜的厚度， 此时干涉条纹会出现条纹“吞进”或“冒出”的现象 “吞进”或“冒出”的条纹数与移动距离的关系,即,干涉条纹每移动一条相当于空气薄膜厚度改变 .两臂光程差也改变,三. 应用：,测量微小位移,测折射率,测光谱线的波长和精细结构,1907年，迈克耳逊获得诺贝尔奖,