物理 第22章 光的干涉2 (薄膜干涉).ppt

1、1,利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束.,22.5 薄膜干涉(分振幅法),一.光程差,两条反射光线的光程差,2,光线垂直入射,反射光1,反射光2,入射光,考虑半波损失,可有,3,4,例1:增透膜.波长550 nm黄绿光对人眼和照像底片最敏感。要使照像机对此波长反射小，可在照像机镜头上镀一层氟化镁MgF2薄膜，已知氟化镁的折射率 n=1.38 ，玻璃的折射率n=1.55.,解:两条反射光干涉减弱条件,增透膜的最小厚度,增反膜,薄膜光学厚度（nd）仍可以为,求:氟化镁薄膜的最小厚度.,说明,5,例2:已知 ，照相机镜头n3=1.5，其上涂一 层 n2

2、=1.38的氟化镁增透膜，光线垂直入射。,问：若反射光相消干涉的条件中 取 k=2，膜的厚度为多少？此增 透膜在可见光范围内有没有增反？,解：因为 ，所以反射光 经历两次半波损失。反射光干涉相 消的条件是：,代入k 和 n2 求得：,6,问：此增透膜在可见光范围内 有没有增反？,此膜对反射光干涉相长的条件：,可见光波长范围 400700nm,波长412.5nm的光有增反.,结果,7,例3. 一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上,油膜覆盖在玻璃板上,所用单色光的波长可以连续变化,观察到500nm与700nm这两个波长的光在反射中消失.油的折射率为1.30,玻璃的折射率为1.50,试求油膜的

3、厚度。,8,9,三.等厚干涉劈尖,1.劈尖的概念和干涉的实现,2.光程差及明暗条件：,明纹中心,暗纹中心,（空气劈尖）,10,同一厚度d 对应同一级条纹等厚干涉条纹.,相邻条纹对应的厚度差：,若为空气层时，,平行于棱边的直条纹,明暗相间,级次随厚度递增.,3.条纹分布特点：,11,(5)条纹等间隔,(7)对空气劈尖，棱边为暗，证明半波损失存在.,(6)复色光入射，呈彩色；,12,(8)应用: 测细小直径、厚度、微小变化,测表面不平度,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,例1(教材P19

4、例22.5)为测量一细金属丝的直径d，按图办法形成空气劈尖，用单色光照射形成等厚干涉条纹，用读数显微镜测出干涉明条纹的间距，就可以算出d。已知单色光波长为589.3 nm，测量结果是：金属丝与劈尖顶点距离D=28.880 mm，第1条明条纹到第31条明条纹的距离为4.295 mm,求金属丝直径 d.,解:,由题知,直径,37,例2.利用劈尖的等厚干涉条纹可以测量很小的角度.今在很薄的劈尖玻璃板上,垂直地射入波长为589.3nm的钠光,相邻暗条纹间距离为5.0mm,玻璃的折射率1.52,求此劈尖的夹角.,解:研究对象是空气中的玻璃劈尖,已知波长的光波垂直入射.所以,两相邻的暗(明)纹间距为,38

5、,例3. 波长为680nm的平行光垂直地照射到12cm长的两块玻璃片上,两玻璃片一边相互接触,另一边被厚度0.048mm的纸片隔开,试问在这12cm内呈现多少条明条纹？ 分析:可根据劈尖斜面总长度L与相邻两明(暗)纹间距的关系求解,也可根据劈的总厚度与相邻两明(暗)纹的厚度差求解.,解1：空气劈尖,在L=12cm长度范围内的明纹数目,条,39,40,四.等厚干涉牛顿环,光程差:,明纹中心,暗纹中心,干涉的实现:,41,(1) 测透镜球面的半径R 已知 , 测 m、rk+m、rk，可得R,(2) 测波长 已知R，测出m 、 rk+m、rk，可得,(3) 检测透镜的曲率半径误差及其表面平整度.,(

6、4) 若接触良好,中央为暗纹半波损失.,半径,讨论,(5) 透射图样与反射图样互补.,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,例题1： 牛顿环的应用,已知：用紫光照射，借助于低倍测量 显微镜测得由中心往外数第 k 级明环 的半径 , k 级往上数 第16 个明环半径 ， 平凸透镜的曲率半径R=2.50m,求：紫光的波长？,解：根据明环半径公式：,53,54,55,56,57,58,五. 迈克耳孙干涉仪,1. 干涉仪结构,2. 工作原理,光束 和 发生干涉,调整 和 后面的调节 螺钉，即可观察到波膜干 涉的各种情况。,光路:等效为空气薄膜.,59,若M1、 M2 有小

7、夹角,若M1平移 d 时，干涉条纹移过 N 条，则有,当M1和M2不平行，且光平行入射, 此时为等厚条纹,若M1、M2平行,3. 条纹特点,等倾条纹,60,5. 应用,微小位移测量,测折射率,测波长,4. 迈克耳孙干涉仪优点,设计精巧，两束相干光完全分开，可以方便的改变 任一光路的光程。,61,例1:流体折射率测定,在迈克耳孙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：,迈克耳孙干涉仪的两臂中 便于插放待测样品，由条 纹的变化测量有关参数。 精度高。,62,例2. 迈克耳孙干涉仪可用来测量单色光的波长,当M2移动距离 mm时,测得某单色光的干涉条纹移过