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第三节 分振幅干涉

第三节 分振幅干涉. 等倾干涉. 薄膜干涉. 等厚干涉. 2. 1. 3. n. 一、薄膜干涉. (分振幅法获取相干光). 1 、薄膜上、下表面反射光的干涉 :. 反射光线 2 , 3 的光程差:. 空气. d. ?. 反射光 2 和 3 有“半波损失”吗. 反射光 2 有“半波损失”, 3 没有 !. 所以 2 , 3 的实际 光程差为:. 考虑到“半波损失”. 干涉明纹. 干涉暗纹. 当入射光的波长一定时,厚度相同的地方干涉结果也相同,这种干涉称为 等厚干涉 。. 等厚干涉:. 1. n. 3. 2.

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第三节 分振幅干涉

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Presentation Transcript


  1. 第三节 分振幅干涉 等倾干涉 薄膜干涉 等厚干涉 山东农业大学应用物理系

  2. 2 1 3 n 一、薄膜干涉 (分振幅法获取相干光) 1、薄膜上、下表面反射光的干涉: 反射光线 2,3的光程差: 空气 d ? 反射光2和3有“半波损失”吗 反射光2有“半波损失”,3没有! 所以2,3的实际光程差为: 山东农业大学应用物理系

  3. 考虑到“半波损失” 干涉明纹 干涉暗纹 当入射光的波长一定时,厚度相同的地方干涉结果也相同,这种干涉称为等厚干涉。 等厚干涉: 山东农业大学应用物理系

  4. 1 n 3 2 与 相差 ,即: 2、薄膜中透射光的干涉: 空气 透射光线 2,3的光程差 d 明纹 暗纹 反射光的干涉加强时,透射光的干涉减弱。 山东农业大学应用物理系

  5. 一油轮漏出的油(n1=1.20 )污染了某海域,在海水(n2=1.30 )表面形成一层薄薄的油污。油层厚度为 e =460nm, 1 3 2 空气 e 油污 海水 例 (1)若一飞行员从上向下观察, 则油层呈什么颜色? 求 (2)若某潜水员从水下向上观察,则油层呈什么颜色? 解 (1)两反射光均有“半波损失”,则反射光干涉加强的条件为 将n1=1.20, e =460nm代入得 红外区 绿光 紫外区 飞行员看到油膜呈绿色 山东农业大学应用物理系

  6. 2 3 1 空气 e 油污 海水 (2)透射光干涉加强(即反射光干涉减弱)的条件为 或 将n1=1.20, e =460nm代入得 红外 红光 紫光 紫外 潜水员看到油膜呈紫红色 山东农业大学应用物理系

  7. 1 2 3 波长550nm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n1=1.38,玻璃的折射率n2=1.55。 例 MgF2薄膜的最小厚度d。 求 黄绿光反射干涉减弱的条件 解 MgF2薄膜的最小厚度 MgF2 d 山东农业大学应用物理系

  8. 思考问题 1、利用薄膜干涉能否检查工件表面是否平整,为什么? 2、利用所学知识,推测市场上防紫外线衣服、伞、眼镜 等的设计原理? 3、某电影上的搞笑镜头:一青年去见其女朋友,在约 会的餐厅外对着玻璃排练见面时的表情,没想到这 种玻璃是外面看不见里面、里面看外面清清楚楚, 他女朋友正巧坐在餐厅里这块玻璃前,将他的千姿 百态尽收眼底…… 试解释其中的物理原理。 山东农业大学应用物理系

  9. 二、薄膜的等厚干涉 S S S 一组平行光(即入射角i一定)投射到薄厚不均匀的薄膜上,其光程差随着厚度e而变化,厚度相同的区域,其光程差相同,因而这些区域就出现同一级的干涉条纹,故称为等厚干涉。 山东农业大学应用物理系

  10. 干涉条纹 (劈尖折射率为n) 明纹 暗纹 1、劈尖干涉 e 棱边处( e = 0): 暗纹 ? 为什么不考虑玻璃厚度对光程差的影响 因为玻璃板的厚度d为常数,入射角i也等于常数,使得劈尖上、下两界面的反射光在玻璃中经历了同样的光程,所以可以将玻璃简化为一个几何面。 山东农业大学应用物理系

  11. ( :条纹间距) 相邻明纹(或暗纹)处劈尖的厚度差: 山东农业大学应用物理系

  12. 条纹特点: (1)明暗相间平行于棱边的直条纹; (2)透射光干涉条纹的明暗位置与反射光情形刚好相反; (3)相邻明(暗)纹厚度差是劈尖薄膜中的波长的一半; (4)相邻条纹之间对应的劈尖厚度差或间距l均与有无半 波损失无关,半波损失仅影响何处呈明纹与暗纹。 (5) 越小,L 越大,条纹越稀; 越大,L 越小, 条纹越密。当大到某一值,条纹密不可分,无干涉。 (6)当厚度变化时,干涉条纹会发生移动:薄膜增厚,条 纹向棱边移动;反之,则远离棱边。 山东农业大学应用物理系

  13. ↑条纹变密; ↑条纹变密 平晶 等厚条纹 d 待测工件 劈尖干涉的应用: (1)可测量小角度、小位移、微小直径、波长等 (2)检测表面不平整度 山东农业大学应用物理系

  14. 2、牛顿环 (1)牛顿环实验装置及光路 山东农业大学应用物理系

  15. 〔〕 (明环) (暗环) (2)干涉条纹 明环半径: 暗环半径: 牛顿环干涉条纹是一系列明暗相间的、内疏外密的同心圆环。 山东农业大学应用物理系

  16. 样板 待测 透镜 条纹 (3)应用 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 ④若接触良好,中央为暗纹 ——半波损失 ⑤透射图样与反射图样互补 山东农业大学应用物理系

  17. 为了测量一根细金属丝的直径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,金属丝与劈尖顶点的距离L=28.880 mm,第1条明条纹到第31条明条纹的距离为4.295 mm。 d 例 求 金属丝直径 d 解 由题知 直径 山东农业大学应用物理系

  18. l  利用等厚干涉可以测量微小的角度。下图为折射率n=1.4的劈尖形介质,用=700nm的单色光垂直照射,测得两相邻明条纹间距l=0.25cm 例 求 劈尖角θ 解 由于θ很小 山东农业大学应用物理系

  19. 屏幕 扩展光源 透镜 i i n 三、薄膜的等倾干涉 对于厚度均匀的薄膜,扩展光源投射到薄膜上的光线的光程差,是随着光线的倾角(即入射角i)不同而变化的。倾角相同的光线都有相同的光程差,因而属于同一级别的干涉条纹,这种干涉叫做等倾干涉。 山东农业大学应用物理系

  20. · S 1、光程差的计算 反射光2 反射光1 2 1 因为 光程差 考虑半波损失,实际光程差为: 明纹 暗纹 山东农业大学应用物理系

  21. r环 P o i1 i1 i1 f f · · · i1 面光源S i1 i1 e n1 n1 n2 > n1 n2> n1 n1 n1 2、点光源与面光源: r环 O P L2 · a1 点光源S a2 · D · · A C · B 面光源照射 点光源照射 入射角相同的光线分布在锥面上,对应同一级干涉条纹。 面光源上不同点而入射角相同的入射光,都将汇聚在同一级干涉环上(非相干叠加),因而面光源照明比点光源照明条纹明暗对比更鲜明。 山东农业大学应用物理系

  22. 3、条纹特征: (1)定域:条纹经会聚才能观察,定域为无穷远; (2)形状:一系列同心圆环; (3)条纹级次分布: 靠近环心的条纹干涉级别高; (4)条纹间距:入射角增加时,条纹间距减小,内疏外密; 山东农业大学应用物理系

  23. 4、等倾干涉的应用: 能减少反射光强度而增加透射光强度的薄膜。 增透膜: 能增加反射光强度而减少透射光强度的薄膜。 增反膜: 山东农业大学应用物理系

  24. ZnS H MgF2 L H ZnS L MgF2 多层高反射膜 在玻璃上交替镀上光学厚度均为/4的高折射率ZnS膜和低折射率的MgF2膜,形成多层高反射膜。 山东农业大学应用物理系

  25. A. Michelson • (1852-1931) 5、迈克耳逊干涉仪 美国物理学家,主要从事光学研究,有生之年一直是光速测定的国际中心人物。 (1)1879年他用自己改进了的傅科方法,获 得光速值为299 910±50km/s; (2)1887年的迈克耳孙—莫雷实验,否定了以 太的存在,它动摇了经典物理学的基础; (3)1893年首倡用光波波长作为长度基准; (4)1920年第一次测量了恒星的尺寸(恒星参宿四 ); (5)1907年获诺贝尔物理学奖。 山东农业大学应用物理系

  26. M1 S P (1)干涉仪结构 M'2 G1 G2 L M2 山东农业大学应用物理系

  27. (有半波损失) 或 距离 d 每变化半个波长,则干涉条纹移过1条;若M1平移 d时,干涉条纹移过 n条,即 装置优点: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。 (2) 工作原理 d 光束 1 和 2 发生干涉,光程差: (无半波损失) 加强 减弱 山东农业大学应用物理系

  28. (3) 应用 1、微小位移测量(误差不超过± / 2) 2、测波长 3、测介质的折射率 用氦氖激光(632.8nm)作光源,迈克耳逊干涉仪中的M1反射镜移动了一段距离,数得干涉条纹移动了792条 例 M1移动的距离。 求 解 若已知光源的波长,利用此方法可以精密测定长度;若已知长度,则可以测定光源的波长。 山东农业大学应用物理系

  29. 在迈克耳孙干涉仪的两臂中,分别插入l=10.0cm长的玻璃管,其中一个抽成真空,另一个储有压强为1.013×105Pa的空气,用以测定空气的折射率n。设所用光波波长为546nm,实验时,向真空玻璃管中逐渐充入空气,直至压强达到1.013×105Pa。在此过程中,观察到107.2条干涉条纹的移动在迈克耳孙干涉仪的两臂中,分别插入l=10.0cm长的玻璃管,其中一个抽成真空,另一个储有压强为1.013×105Pa的空气,用以测定空气的折射率n。设所用光波波长为546nm,实验时,向真空玻璃管中逐渐充入空气,直至压强达到1.013×105Pa。在此过程中,观察到107.2条干涉条纹的移动 例 求 空气的折射率n 。 设玻璃管充入空气前,两相干光之间的光程差为 Δ1,充入空气后两相干光的光程差为Δ2,根据题意,有 解 因为干涉条纹每移动1条,应对于光程变化1个波长,所以 故空气的折射率为 山东农业大学应用物理系

  30. 山东农业大学应用物理系

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