《波动光学》课件.ppt

丰富多彩的干涉现象,水膜在白光下,白光下的肥皂膜,12-3薄膜干涉,蝉翅在阳光下,蜻蜓翅膀在阳光下,白光下的油膜,肥皂泡玩过吗?,分波面与分振幅,分振幅法,相干光的获得方法,L,一、薄膜干涉,由路程差造成的2,3两束光程差,1.干涉形成,2.光程差分析,由路程差造成的光程差：,反射光在界面上的相位突变和附加光程差,*当光从折射率小的光疏介质，正入射或掠入射于折射率大的光密介质时，则反射光有半波损失。,有半波损失,*当光从折射率大的光密介质，正入射于折射率小的光疏介质时，反射光没有半波损失。,*折射光没有相位突变,B点无相位突变,考虑有半波损失后（2）光与（3）光之间的光程差：,根据具体情况而定,式中为真空中的波长,无,无,减 弱 暗纹,加 强 明纹,k的取值要注意:如k=3则表示明纹3条，暗纹4条,（1）总光程差公式,（2）若厚度e 一定，则 相同入射角入射的光束，经膜的上下表面反射后产生的相干光束都有相同的光程差，从而对应于干涉图样中的一条条纹，此称干涉为 等倾干涉(不要求),（3）若入射角i 一定，则 称此干涉为等厚干涉（重点）,（4）薄膜厚度在10-7m数量级,增透膜：,现代光学仪器中，为了减少入射光能量在仪器表面上反射 时所引起的损失，常在仪器表面上镀一层厚度均匀的薄膜。,4.薄膜干涉的应用,为使反射光减弱，所涂薄膜厚度e应满足下列条件：,（1）原理,光垂直入射 i=0,增透膜的光学厚度,k=0 最小厚度,例1 用白光垂直照射置于空气中的厚度为0.50 mm的玻璃片玻璃片的折射率为1.50在可见光范围内(400 nm 760 nm)哪些波长的反射光有最大限度的增强？(1 nm=10-9 m),解：加强，2ne+=k,k=1，=3000 nm，k=2，=1000 nm，k=3=600 nm，k=4，=428.6 nm，k=5=333.3 nm,在可见光范围内，干涉加强的光的波长是 600 nm 和 428.6 nm,答案A,1.如图所示，波长为 的平行单色光垂直入射在折射率为n2的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉若薄膜厚度为e，而且n1n2n3，则两束反射光在相遇点的相位差为,答案A,2.如图所示，折射率为n2、厚度为e的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n1和n3，已知n1n2n3若用波长为 的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束与的光程差是,（一）劈尖干涉,二、等厚干涉,1.干涉实现,平行光垂直入射到劈尖上 i=0,空气劈尖n=1,空气,玻璃,明纹,暗纹,2.光程差及明暗条件,（1）平行棱边的直条纹，同一厚度e对应同一级条纹：等厚条纹.,棱边e=0 暗纹，证明了半波损存在,e,明纹,暗纹,(2)相邻明纹（暗纹）间的厚度差,条纹等间距,（4）干涉条纹的移动,规律：e变大，条纹下移e变小，条纹上移,每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改时，对应的条纹随之移动.条纹每移动一级，膜厚改变,动画1,动画2,4.劈尖干涉的应用,折射率 n1=1.50 n2=3.42,k 应取多少？,第几级 明纹,11.如图所示，在的平面上镀了一层厚度均匀的薄膜。为了测量这层薄膜的厚度，将它的一部分磨成劈形（示意图中的段）。现用波长为 的平行光垂直照射，观察反射光形成的等厚干涉条纹。在图中段共有8条暗纹，且B处恰好是一条暗纹，求膜的厚度。（Si折射率为3.42，SiO2折射率为1.50）,明纹,暗纹,（2）检验光学元件表面的平整度,（3）测细丝的直径,例2 两块长度10 cm的平玻璃片，一端互相接触，另一端用厚度为0.004 mm的纸片隔开，形成空气劈形膜以波长为500 nm的平行光垂直照射，观察反射光的等厚干涉条纹，在全部10 cm的长度内呈现多少条明纹？(1 nm=10-9 m),解法1：设空气膜最大厚度为e,2ne+=k,明纹数为16,解法2：计算劈尖角,明条纹间距,明条纹数目,答案C,1.用劈尖干涉法可检测工件表面缺陷，当波长为 的单色平行光垂直入射时，若观察到的干涉条纹如图所示，每一条纹弯曲部分的顶点恰好与其左边条纹的直线部分的连线相切，则工件表面与条纹弯曲处对应的部分（A）凸起，且高度为（B）凸起，且高度为（C）凹陷，且深度为（D）凹陷，且深度为,答案B,2.如图a所示，一光学平板玻璃A与待测工件B之间形成空气劈尖，用波长 500 nm(1 nm=10-9 m)的单色光垂直照射看到的反射光的干涉条纹如图b所示有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的连线相切则工件的上表面缺陷是(A)不平处为凸起纹，最大高度为500 nm(B)不平处为凸起纹，最大高度为250 nm(C)不平处为凹槽，最大深度为500 nm(D)不平处为凹槽，最大深度为250 nm,3.如图所示，两个直径有微小差别的彼此平行的滚柱之间的距离为L，夹在两块平晶的中间，形成空气劈形膜，当单色光垂直入射时，产生等厚干涉条纹如果滚柱之间的距离L变小，则在L范围内干涉条纹的（A）数目减少，间距变大（B）数目不变，间距变小（C）数目增加，间距变小（D）数目减少，间距不变,答案B,(二)牛顿环,由一块平板玻璃和一平凸透镜组成,1.牛顿环实验装置,白光入射的牛顿环照片,单色光入射的牛顿环照片,光程差,暗纹,2.光程差及明暗条件,由几何关系可知,光程差,暗环半径,明环半径,空气换成折射率为n 介质,n,n,问题：属于等厚干涉，条纹间距不等,中疏边密,为什么？,原因：e与r2 成正比，离开中心越远，e 增加越快，条纹变得越密,（1）e=0 时 故干涉花样中心为暗斑。以后为明暗相间的圆环形干涉条纹牛顿环,（2）将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？,未置于的液体中,置于的液体中,k,k,（1）测量透镜的曲率半径,4.应用,（2）可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量.,牛顿环例题,1.若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹(A)中心暗斑变成亮斑(B)变疏(C)变密(D)间距不变,答案C,2.如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平面玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹(A)向右平移(B)向中心收缩(C)向外扩张(D)静止不动(E)向左平移,答案B,三 迈克耳孙干涉仪,迈克耳孙(1852-1931)(AlbertAbrabanMichelson)美国物理学家。美国科学促进协会主席,美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。1907年诺贝尔物理学奖授予迈克耳孙以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。,单色光源,反射镜,反射镜,1.装置,迈克耳孙干涉仪,光程差,2.结构及光路,反射镜,反射镜,单色光源,3.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,插入介质片后光程差,光程差变化,介质片厚度,光程差,1.在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n，厚度为d 的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了(A)2(n-1)d(B)2nd(C)2(n-1)d+(D)nd(E)(n-1)d,答案A,答案D,答案B,