平行平板的双光束干涉.ppt

1,12-4 平板的双光束干涉,分波阵面法的干涉：受到空间相干性的限制（干涉孔径角总有一定大小，且），只能使用有限大小的光源，在实际中不能满足条纹亮度的要求（激光光源除外）。为了使用扩展光源，必须实现干涉孔径角等于零的干涉。,分振幅法:利用透明介质的第一和第二表面对入射光的依次反射，将入射光的振幅分解为若干部分，由这些光波相遇所产生的干涉，称为分振幅法干涉。在使用扩展光源的同时，保持清晰的条纹，解决条纹亮度与可见度的矛盾。,2,干涉条纹的定域两个单色相干点光源在空间任意一点相遇，总有一确定的光程差，从而产生一定的强度分布，并都能观察到清晰的干涉条纹，这种干涉称为非定域干涉。在扩展光源情况下，由光源上不同点源出发到达该点的产生双光束干涉的光程差不同，当光程差变化/4的区域，条纹可见度下降，观察不到清晰的干涉条纹；而在/4的区域，尽管采用了扩展光源，仍可看到清晰的干涉条纹。能够得到清晰条纹的区域称为定域区（定域干涉）。可见，定域干涉是和扩展光源的使用联系在一起，它本质上是一个空间相干性问题。,3,透镜的等光程性,在干涉和衍射实验中，常常用薄透镜将平行光线会聚成一点，而不会引起附加的光程差，只能改变光波的传播方向。经过主光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过副光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过副光轴的点光源发出的光汇聚到S点，每条光线的光程相等。,4,一、等倾干涉,（暗）,=,2.1.4 分振幅干涉,1、等倾干涉相长与相消的条件,5,1、倾角相同的光线形成的干涉光光强相同。,问题：1、透射光的干涉情况如何？2、透镜换成眼睛能看到这些条纹吗？,2、所有的平行光汇聚在透镜焦平面上的同一点。使条纹的对比度更高。,3、透镜正放，焦面上条纹是一组同心圆。,2、等倾干涉的特点,6,条纹分析,7,8,其称为条纹的角间距（相邻条纹对透镜中心的张角），易知，靠近中心的条纹较疏，离中心越远条纹越密。,9,中央条纹宽，边缘条纹窄。,10,例题1,白光照射空气中的平行薄膜，已知h=0.34m，n=1.33 问：当视线与膜法线成 60o 和 30o 时观察点各呈什么颜色？,解,11,例题2,你知道肥皂泡上美丽的彩色花纹是如何形成的吗？,在白光照射下，肥皂泡的膜形成等倾干涉条纹。刚吹起肥皂液膜厚度较大，前后表面反射光光程差超过相干长度，不能干涉。随着泡张大，膜厚减小，光程差小于相干长度后产生干涉，白光中反射加强成份显色，显色波长随膜厚减小而改变。当膜厚趋于零时，光程差只有半波损失引起的，各种颜色前后表面反射光的相干差都是/2时，反射相消，膜呈黑色，此时泡将破裂。,12,例题3,在比较复杂的光学系统中，入射光的能量往往因多次反射而损失。例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影响成像的质量。,常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜，利用薄膜干涉的性质，控制光学原件的对光能的影响，通常有增透膜和高反膜,13,二、等厚干涉,第m条暗纹对应膜厚hm,相邻两条纹,中心间距,厚度差,劈尖薄膜的等厚干涉,14,(4).楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏,等厚干涉条纹分布的特点：,劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、明暗相间等距的直条纹。楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏；当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。,15,三.等厚条纹的应用,劈尖的应用,测波长：测折射率：测细小直径、厚度、微小变化测表面不平度,等厚干涉型的干涉系统统称为斐索干涉仪。常用于光学零件表面质量的检查，按照测量对象分为：平面干涉仪和球面干涉仪,16,测细小直径、厚度、微小变化,测表面不平度,检验透镜球表面质量,17,(1)检测待测平面的平整度,由于同一条纹下的空气薄膜厚度相同，当待测平面上出现沟槽时条纹向左弯曲。,光学平板玻璃,18,(2).测量微小物体的厚度,将微小物体夹在两薄玻璃片间，形成劈尖，用单色平行光照射。,由,有,19,例如用波长为589.3nm的钠黄光垂直照射长 L=20mm 的空气劈尖，测得条纹间距为,20,(3).测量微小角度.,例题 折射率为n=1.60的两块平面玻璃板之间形成一空气劈尖，用波长=600nm的单色光垂直照射，产生等厚干涉条纹，若在劈尖内充满n=1.40的液体，相邻明纹间距缩小l=0.5mm，求劈尖角。,解：设空气劈尖时相邻明纹间距为l1，液体劈尖时相邻明纹间距为l2，由间距公式,21,(4)测量微小位移,厚度每改变/2n条纹平移一条,(5)测介质折射率,22,例 用等厚干涉法测细丝的直径d。取两块表面平整的玻璃板，左边棱迭合在一起，将待测细丝塞到右棱边间隙处，形成一空气劈尖。用波长0的单色光垂直照射，得等厚干涉条纹，测得相邻明纹间距为L，玻璃板长L0，求细丝的直径。,解：相邻明纹的高度差,23,例在半导体器件生产中，为测定硅片上的Si02薄膜厚度，将薄膜一侧腐蚀成劈尖形状，如图。用钠黄光从空气中垂直照射到Si02表面上，在垂直方向上观察Si02劈尖膜的反射光干涉条纹，看到有七条暗纹，第七条恰位于N处，问薄膜的厚度？,解：,相邻暗纹间的膜厚之差,明、暗纹间的膜厚之差,24,（6）测凸透镜的曲率半径,第 m 级暗环对应,半径 rm,牛顿环,膜厚,特点 级次内低外高 间距内疏外密,25,环外扩：要打磨中央部分,环内缩：要打磨边缘部分,（7）牛顿环在光学冷加工中的应用,