波动光学-2薄膜干涉xu.ppt
12-3 薄膜干涉,12-3-1 等倾干涉,反射光的干涉：,光程差：,薄膜干涉条件（考虑到半波损失）：,1 干涉加强：,2 干涉减弱：,等倾干涉：条纹级次取决于入射角的干涉。,透射光的干涉：,条纹特点:形状一系列同心圆环 条纹间隔分布内疏外密,等倾干涉条纹观察装置,干涉条纹,薄膜,*,*,*,S,1,S,2,S,3,单色光源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,屏,透镜,薄膜,*,*,*,S,1,S,2,S,3,单色光源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,屏,透镜,薄膜,*,*,*,S,1,S,2,S,3,单色光源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,屏,透镜,*,*,*,S,1,S,2,S,3,单色光源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,屏,薄膜,透镜,*,*,*,S,1,S,2,S,3,单色光源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,屏,薄膜,透镜,*,*,*,S,1,S,2,S,3,单色光源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,等倾干涉 条纹,屏,薄膜,透镜,透镜镀膜 薄膜干涉的应用,增透膜,反射光干涉相消条件：,最薄的膜层厚度（k=0）为：,例 增透膜两膜表面平行,在玻璃表面镀上一层,薄膜，使波长为,的绿光全部通过。,求：膜的厚度。,解：使反射绿光干涉相消,问题：此时反射光呈什么颜色？,反射光呈现紫蓝色。,一.劈尖（劈形膜）,夹角很小的两个平面所构成的薄膜,1、2两束反射光来自同一束入射光，它们可以产生干涉。,12-3-2 等厚干涉,e,n,n,n,A,反射光2,反射光1,入射光(单色平行光垂直入射),(设n n),A:1、2的光程差,明纹：,暗纹：,光程差可简化为图示情况计算。,实际应用中,大都是平行光垂直入射到劈尖上。,考虑到劈尖夹角极小,反射光1、2在膜面的,条纹级次 k 随着劈尖的厚度而变化，因此这种干涉称为等厚干涉。条纹为一组平行于棱边的平行线。,2.由于存在半波损失，棱边上为零级暗纹。,说明：,相邻两暗纹的间距：,劈尖公式,讨论：,2.,光程差是介质厚度的函数，,3.对于同一级干涉条纹，具有相同的介质厚度。,1.利用劈尖可以测量微小角度,微小厚度及,照射光的波长。,等厚干涉,二、劈尖的应用,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,测表面不平度,条纹间距,夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动,干涉条纹的移动,夹角变大，条纹变密 条纹向左移动,b,例题 已知 如果劈尖内充满折射率为n=1.40的液体，求从劈棱数起第5个明纹在充入液体前后的 移动距离。,n,解：,二 牛顿环,暗纹,明纹,牛顿环半径公式：,明环,暗环,透 镜曲率半径变小时,干 涉条纹变密,例题：求如图干涉实验中第K级牛顿环暗环半径。,R,解,(k=0,1,2,),（1）,（2）,由（1）、（2）式得,牛顿环的应用：,测透镜球面的曲率半径R：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,光纤端面的平整度,M,2,M,1,M,1,G,G,1,2,单色光源,反射镜 1,反射镜 2,补偿玻璃板,12-3-3 迈克耳逊干涉仪,设中央点对应的级数为K，则,d,M2移动距离d后，光程差变为,条纹的级数变为K+N，则,由式（2）-（1）得,迈克耳逊干涉仪的应用：,应用1.移动M2，测出移动的距离，数出相应“冒 出”或“缩进”的条纹个数，可算出入射波 波长。,应用2.原子发光的波长相当稳定，可以作为长度的 自然基准。迈克耳逊曾用此干涉仪以镉灯红 色谱线的波长为基准测定了原来的基准米尺 的长度，促成了长度基准从米原器这种实物 基准改为光波波长这种自然基准，这是计量 工作上的一大进步。,应用3.在光路中加入另外介质，可测出该介质的折射率。,设中央点对应的级数为K，则,放入云母片后光程差变为,条纹的级数变为K+N，则,由式（2）-（1）得,n,d,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,与,重 合,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,与,重 合,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,与,重 合,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,与,重 合,等厚干涉条纹,等倾干涉条纹,与,重 合,等厚干涉条纹,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,与,重 合,等厚干涉条纹,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,与,重 合,等厚干涉条纹,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,与,重 合,等厚干涉条纹,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,例题.当把折射率n=1.40的薄膜放入迈克耳孙干涉仪的一臂时，如果产生了7.0条条纹的移动，求薄膜的厚度。（已知钠光的波长为=5893A）,解：,光的时间相干性,当一对相干光束的光程差超过一定范围后，将看不到干涉条纹。,问题：,普通窗玻璃有两个表面，光在两个表面反射时，为什么看不到干涉条纹？,原因：,相干长度,两个分光束能产生干涉效应的最大光程差。,相干长度,M,2,M,1,M,1,a,1,a,2,b,2,b,1,1,2,光程差不大,a,1,a,2,a,原子的波列,、,M,2,M,1,M,1,a,1,a,2,b,2,b,1,1,2,M,2,M,1,M,1,a,1,a,2,b,2,b,1,1,2,光程差太大,光程差不大,a,1,a,2,a,原子的波列,、,练习1、如图，在空气中，已知P点为第三级明条纹，则S1和S2到P点的光程差是若整个装置放于某种液体中，P点为第五级明条纹，则该液体的折射率n=?,练习2、若用白光照明，且用红兰滤光 片挡在两缝后，屏上能产生干涉吗？,屏幕,S,白光,红色滤光片,兰色滤光片,P,3.如图,已知入射光在n1中的波长为,求经上下两表面反射光的光程差，n1n3,答案：,1,2,n1,n3,n2,e,4、为相干光源，A为空间一点，s1A=s2A,在s1A之间插入一厚为e，折射率为n的薄玻璃，则两光源发出的光在点的位相差是多少？若波长500nm,n=1.5,A点刚好是第四级明纹，则e=?,答案：,5、如图，透镜可以上下移动，从上向下观察到中心是一个暗斑，此时透镜顶点距离平板的距离最少是多少？,500nm,n1=1.68,n=1.60,n2=1.58,答案：,6、在迈克尔逊干涉仪中将 平面镜移动一微小距离过程中，观察到条纹移动1468条，所用单色光波长为546.1nm,由此可得，反射镜平移的距离为多少？（给出四位有效数字）答案：2h=N,.4500mm,练习7.求如图干涉实验中第K级暗纹的半径,已知两透镜的曲率半径分别为R1和R2。,n,答案：,R1,rk,rk,R2,D,b,解：由题知,例习8 已知 30条明纹的距离为S=4.295mm,求细金属丝的直径D。,练习9 两块折射率为1.60的标准平面玻璃之间形成一个劈尖，用波长600nm的单色光垂直入射，产生等厚干涉条纹，假如我们要求在劈尖内充满n=1.40的液体时相邻条纹间距比劈尖内是空气时的间距缩小.5mm,则劈尖角应是多少？,答案：,练习10、光强均为的两束相干光相遇而发生干涉，在相遇区域内可能出现的最大或最小光强是多少？,答案：,
