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1、豐富多彩的干涉現(xiàn)象,水膜在白光下,白光下的肥皂膜,12-3薄膜干涉,蟬翅在陽光下,蜻蜓翅膀在陽光下,白光下的油膜,肥皂泡玩過嗎?,分波面與分振幅,,,分振幅法,相干光的獲得方法,L,一、 薄膜干涉,,由路程差造成的2,3兩束光程差,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變和附加光程差,*當(dāng)光從折射率小的光疏介質(zhì)，正入射或掠入射于折射率大的光密介質(zhì)時，則反射光有半波損失。,,,有半波損失,*當(dāng)光從折射率大的光密介質(zhì)，正入射于折射率小的光疏介質(zhì)時，反射光沒有半波損失。,*折射光沒有相位突變,B點無相位突變,考慮有半波損失后（2）光與（3）光之間的光程差：,根
2、據(jù)具體情況而定,式中為真空中的波長,無,無,減 弱 暗紋,,加 強 明紋,k的取值要注意: 如k=3則表示明紋3條，暗紋4條,（1）總光程差公式,（2）若厚度e 一定，則 相同入射角入射的光束，經(jīng) 膜的上下表面反射后產(chǎn)生的 相干光束都有相同的光程 差，從而對應(yīng)于干涉圖樣中 的一條條紋，此稱干涉為 等傾干涉(不要求),（3）若入射角i 一定，則 稱此干涉為等厚干涉（重點）,（4）薄膜厚度在10-7m數(shù)量級,增透膜：,現(xiàn)代光學(xué)儀器中，為了減少入射光能量 在儀器表面上反射 時所引起的損失，常 在儀器表面上鍍一層厚度均勻的薄膜。,4. 薄膜干涉的應(yīng)用,為使反射光減弱，所涂薄膜厚度e應(yīng)滿足下列
3、條件：,（1）原理,光垂直入射 i = 0,增透膜的光學(xué)厚度,k=0 最小厚度,例1 用白光垂直照射置于空氣中的厚度為0.50 mm的玻璃片玻璃片的折射率為1.50在可見光范圍內(nèi)(400 nm 760 nm)哪些波長的反射光有最大限度的增強？(1 nm=10-9 m),解：加強， 2ne+ = k,k = 1， = 3000 nm， k = 2， = 1000 nm， k = 3 = 600 nm， k = 4， = 428.6 nm， k = 5 = 333.3 nm, 在可見光范圍內(nèi)，干涉加強的光的波長是 600 nm 和 428.6 nm,答案A,1. 如圖所示，波
4、長為 的平行單色光垂直入射在折射率為n2的薄膜上，經(jīng)上下兩個表面反射的兩束光發(fā)生干涉若薄膜厚度為e，而且n1n2n3，則兩束反射光在相遇點的相位差為,答案A,2. 如圖所示，折射率為n2、厚度為e的透明介質(zhì)薄膜的上方和下方的透明介質(zhì)的折射率分別為n1和n3，已知n1n2n3若用波長為 的單色平行光垂直入射到該薄膜上，則從薄膜上、下兩表面反射的光束與的光程差是,（一）劈尖干涉,二、等厚干涉,,,,1.干涉實現(xiàn),平行光垂直入射到劈尖上 i=0,空氣劈尖n=1,空氣,玻璃,明紋,暗紋,,2. 光程差及明暗條件,（1）平行棱邊的直條紋， 同一厚度e對應(yīng)同一級條紋： 等厚條紋.,棱邊e=0 暗紋，證
5、明了半波損存在,e,明紋,暗紋,,(2)相鄰明紋（暗紋）間的厚度差,條紋等間距,（4）干涉條紋的移動,規(guī)律： e變大，條紋下移 e變小，條紋上移,每一條紋對應(yīng)劈尖內(nèi)的一個厚度，當(dāng)此厚度位置改時，對應(yīng)的條紋隨之移動.條紋每移動一級，膜厚改變,動畫1,動畫2,4.劈尖干涉的應(yīng)用,,,,折射率 n1=1.50 n2=3.42,k 應(yīng)取多少？,第幾級 明紋,11. 如圖所示，在的平面上鍍了一層厚度均勻的薄膜。為了測量這層薄膜的厚度，將它的一部分磨成劈形（示意圖中的段）?，F(xiàn)用波長為 的平行光垂直照射，觀察反射光形成的等厚干涉條紋。在圖中段共有8條暗紋，且B處恰好是一條暗紋，求膜的厚度。（S
6、i折射率為3.42，SiO2折射率為1.50）,明紋,暗紋,,（2）檢驗光學(xué)元件表面的平整度,（3）測細(xì)絲的直徑,例2 兩塊長度10 cm的平玻璃片，一端互相接觸，另一端用厚度為0.004 mm的紙片隔開，形成空氣劈形膜以波長為500 nm的平行光垂直照射，觀察反射光的等厚干涉條紋，在全部10 cm的長度內(nèi)呈現(xiàn)多少條明紋？(1 nm=10-9 m),解法1：設(shè)空氣膜最大厚度為e,2ne+ = k, 明紋數(shù)為16,解法2：計算劈尖角,,明條紋間距,明條紋數(shù)目,答案C,1. 用劈尖干涉法可檢測工件表面缺陷，當(dāng)波長為 的單色平行光垂直入射時，若觀察到的干涉條紋如圖所示，每一條紋彎曲部分的頂點恰好與
7、其左邊條紋的直線部分的連線相切，則工件表面與條紋彎曲處對應(yīng)的部分 （A）凸起，且高度為 （B）凸起，且高度為 （C）凹陷，且深度為 （D）凹陷，且深度為,答案B,2. 如圖a所示，一光學(xué)平板玻璃A與待測工件B之間形成空氣劈尖，用波長 500 nm (1 nm=10-9 m)的單色光垂直照射看到的反射光的干涉條紋如圖b所示有些條紋彎曲部分的頂點恰好與其右邊條紋的直線部分的連線相切則工件的上表面缺陷是 (A) 不平處為凸起紋， 最大高度為500 nm (B) 不平處為凸起紋， 最大高度為250 nm (C) 不平處為凹槽， 最大深度為500 nm (D) 不平處為凹
8、槽， 最大深度為250 nm,3. 如圖所示，兩個直徑有微小差別的彼此平行的滾柱之間的距離為L，夾在兩塊平晶的中間，形成空氣劈形膜，當(dāng)單色光垂直入射時，產(chǎn)生等厚干涉條紋如果滾柱之間的距離L變小，則在L范圍內(nèi)干涉條紋的 （A）數(shù)目減少，間距變大 （B）數(shù)目不變，間距變小 （C）數(shù)目增加，間距變小 （D）數(shù)目減少，間距不變,答案B,,,,(二) 牛頓環(huán),由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成,,1. 牛頓環(huán)實驗裝置,白光入射的牛頓環(huán)照片,單色光入射的牛頓環(huán)照片,光程差,暗紋,2. 光程差及明暗條件,由幾何關(guān)系可知,光程差,暗環(huán)半徑,明環(huán)半徑,空氣換成折射率為n 介質(zhì),n,n,,,,,,問題：屬于等厚干涉，
9、條紋間距不等,中疏邊密,為什么？,原因：e與r2 成正比，離開中心越遠(yuǎn)，e 增加越快，條紋變得越密,（1）e =0 時 故干涉花樣中心為暗斑。以后為明暗相間的圓環(huán)形干涉條紋牛頓環(huán),,,（2）將牛頓環(huán)置于 的液體中，條紋如何變？,,,,未置于的液體中,置于的液體中,k , k,（1）測量透鏡的曲率半徑,4.應(yīng)用,（2）可以用來測量光波波長，用于檢測透鏡質(zhì)量.,牛頓環(huán)例題,,,1. 若把牛頓環(huán)裝置(都是用折射率為1.52的玻璃制成的)由空氣搬入折射率為1.33的水中，則干涉條紋 (A) 中心暗斑變成亮斑 (B) 變疏 (C) 變密 (D) 間距不變,答案C,2
10、. 如圖，用單色光垂直照射在觀察牛頓環(huán)的裝置上當(dāng)平凸透鏡垂直向上緩慢平移而遠(yuǎn)離平面玻璃時，可以觀察到這些環(huán)狀干涉條紋 (A) 向右平移 (B) 向中心收縮 (C) 向外擴張 (D) 靜止不動 (E) 向左平移,答案B,三 邁克耳孫干涉儀,邁克耳孫 (1852-1931) (AlbertAbrabanMichelson) 美國物理學(xué)家。美國科學(xué)促進協(xié)會主席,美國科學(xué)院院長；還被選為法國科學(xué)院院士和倫敦皇家學(xué)會會員，1931年5月9日在帕薩迪納逝世。 1907年諾貝爾物理學(xué)獎授予邁克耳孫以表彰他對光學(xué)精密儀器及用之于光譜學(xué)與計量學(xué)研究所作的貢獻(xiàn)。,,單色光源,反射鏡,反射鏡,1. 裝置,邁克耳孫干涉儀,光程差,2. 結(jié)構(gòu)及光路,,反射鏡,,反射鏡,單色光源,,,3. 邁克爾孫干涉儀的主要特性,兩相干光束在空間完全分開，并可用移動反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差.,移動反射鏡,插入介質(zhì)片后光程差,光程差變化,介質(zhì)片厚度,光程差,1. 在邁克耳孫干涉儀的一條光路中，放入一折射率為n，厚度為d 的透明薄片，放入后，這條光路的光程改變了 (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,
《波動光學(xué)》課件
