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文档简介

1、1,光 的 干 涉(2),(Interference of light),第三章,2,3.1 光源的相干性,3.2 双缝干涉,3.3 薄膜干涉,3.4 迈克耳孙干涉仪,本章目录,3,薄膜干涉分类, 等倾干涉(等倾条纹),(薄膜两表面严格平行),同一条(级次相同)干涉条纹对应 同一个入射角值。, 等厚干涉(等厚条纹),(光沿同一方向入射到薄膜上),同一条(级次相同)干涉条纹对应同 一个厚度值。,4,一. 劈尖(wedge film)(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。,几种典型的薄膜干涉,5,反射光

2、1,单色平行光垂直入射,e,n,n,n,A,反射光2,(设n n ),所以反射光1、2的,明纹:,暗纹:,同一厚度e对应同一级条纹 等厚条纹,实际应用中大都是平行光垂直入射到劈尖上。,程差可简化计算。,考虑到劈尖夹角极小,,反射光1、2在膜面的光,光程差为,在A点,反射光1有半波,损失,,6,等厚干涉条纹,劈尖,不规则表面,7,白光入射,单色光入射,肥皂膜的等厚干涉条纹,白光经肥皂膜的干涉(KG001),8,条纹特点:,3.相邻明(暗)纹间距:,2.级次越高的条纹,对应的薄膜层越厚,1.标准劈尖的干涉条纹是一系列平行于棱边的明暗 相间的直条纹。如果劈尖有缺陷,则条纹弯曲。,9,条纹间距:,又,

3、 L,10,4.如果 不变,劈尖干涉形成的干涉条纹是等间 距的; 变小,干涉条纹变疏,条纹上移。 反之则反。,5.膜厚变化时条纹的移动,思考: 当光垂直入射到空气劈尖上,移动一个条 纹,膜厚变化多少?,11,劈尖干涉:,12,13,劈尖的应用,劈尖的干涉条纹公式:,测波长:已知、n,测L可得;,测折射率:已知、,测L可得n;,测细小直径、厚度、微小变化:,14,测表面不平度,待测工件中间有凸起,思考: 根据左图干涉条纹,可判断待测工件上表面有什么毛病?,15,16,例2( )用波长 的单色光垂直照射在由两块玻璃板(一端刚好接触成为劈棱) 构成的空气劈尖上,劈尖角 ,如果劈尖内充满折射率为 n

4、= 1.4 的液体,求从劈棱数起第五个明条纹在充入液体前后移动的距离。,解:,垂直入射,光程差:,第五个明纹处的光程差:,17,第五个明纹处的厚度:,在空气中:,在水中:,移动的距离为:,18,二.牛顿环,牛顿环装置简图:,平凸透镜与平晶之间形成劈形薄膜层;,单色平行光垂直入射,透镜下表面反射的光与平晶的上表面所反射的光发生干涉,干涉条纹是以接触点o为中心的许多同心环, 称为牛顿环,19,透镜下表面反射的光与平晶的 上表面所反射的光之间的光程差:,暗环:,又:,第k个暗环半径:,20,明环半径公式可自己推导,第k个明环半径:,同一厚度e对应同一级条纹等厚条纹,21,牛顿环照片,白光牛顿环(KG

5、002,KG003),22,3.由 可知, 越大条纹越密。,5.思考: 平凸透镜向上移,条纹怎样移动?,向里吞,牛顿环特点:,2. 由 可知,内圈的条纹干涉级次低, 外圈的条纹干涉级次高。,1.干涉条纹为一系列明暗相间的牛顿环,中心处 为暗纹。,4. 由 可知, ,条纹外吐。 反 之则反。,23,例3 如图所示,牛顿环装置的平凸透镜 与平板玻璃有一小缝隙e0,现用波长为 的单色光垂直照射,已知平凸透镜的曲率半 径为R,求反射光形成的牛顿环的各暗环半 径。,解:,光程差:,干涉减弱条件:,24,又:,则:,(空气),25,牛顿环的应用,实用的观测公式:,测透镜球面的半径 :,已知 , 测 m、r

6、k+m、rk,可得R 。,测波长 :,已知R,测出m 、 rk+m、rk, 可得 。,(空气),26,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。,思考: 若待测透镜的表面已确定是球面,现检其 半径大小是否合乎要求,如何区分如下两种情况?,动画,27,光程差:,暗环:,明环:,牛顿环:,28,29,例4.一个平凸透镜放在一平晶上,以波长 的单色光垂直照射于其上,测量反射光的牛顿环。 测得从中央数起第k个暗环的弦长为 , 第(k5)个暗环的弦长为 ,如 图所示,求平凸透镜的球面的半径R。,解:,设第k个暗环半径为rk,第k+5个 暗环半径为rk+5,则:,相减得:,

7、30,由图可见:,则:,31,解:,第k个暗环半径:,在空气中时第k个暗环半径:,充水后第k个暗环半径:,32,干涉环半径的相对改变量:,33,3.4 迈克耳孙干涉仪 (Michelson interferometer),1. 仪器结构、光路,2. 工作原理,光束2和1发生干涉,若M1、M2平行 等倾条纹,若M1、M2有小夹角 等厚条纹,M1,2,2,1,1,半透半反膜,补偿板,反射镜,反射镜,光源,观测装置,则有:,补偿板可补偿两臂的附加光程差。,34,35,3.应用:,可测 或微小长度变化 。,迈克尔逊-莫雷用干涉仪否 定了“以太”的存在。,可测透明膜厚或折射率:,36,解:,光程差改变:,37,例7.在迈克尔孙干涉仪的可动反射境平移一微小 距

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