《等厚干涉》PPT课件

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2) d减小,干涉条纹右移 d增大,干涉条纹左移
3)劈尖张角不变,平行移动 劈上表面时,干涉条纹左移。
17
劈尖干涉的应用 1)干涉膨胀仪
l
l0
l N
2
2)测膜厚
n1
n2 si
sio2 e
eN
2n1
18
3)检验光学元件表面的平整度 4)测细丝的直径
空气 n 1
e
b
b'
e b' 1
厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹。 2
半波损失
产生半波损失的条件:光从光疏介质射向光密介 质,即n1<n2;
半波损失只发生在反射光中; 对于三种不同的媒质,两反射光之间有无半波 损失的情况如下:
n1<n2<n3 无 n1>n2>n3 无 n1<n2>n3 有 n1>n2<n3 有
3
情况1: n1<n2<n3
·S
1
ii
L
2
2e tg r sin i
n
2ne 2n e sin r sin i
n > n n
cos r
cos r
2
Ar ···D·BC
e
n sin i nsin r
得 2ne cos r
2
膜厚均匀(e不变)
20

2e n2 n' 2sin2 i (i)
紫 k 2,

2n1d 736nm 红光
21/ 2
色 k 3, 2n1d 441.6nm 紫光
31/ 2
k 4, 2n1d 315.4nm
4 1/ 2
11
2、不均匀薄膜表面的等厚条纹。
劈尖(wedge film)(劈形膜) 夹角很小的两个平面所构成的薄膜叫劈尖。
S·*
反射光2
36
2, 增透膜:
例. 折射率 n=1.50的玻璃表面涂一层
MgF2(n=1.38),为使它在 5500Å 波长处产生极小反
射,这层膜应多厚?
解:假定光垂直入射
(n1<n<n2), 不加/2
n1 1
2ne (2k 1) 2
(k=0,1,2,…)暗条纹
n 1 38
Mg F2 最薄的膜 k=0 ,此时
r (k 1)R 明环半径
2
2
r kR 暗环半径
30
干涉条纹特征 :
(1)2ne
2
k
e , k
愈往边缘,条纹级别愈高。
(2)通常牛顿环的中心是暗点。
(3)相邻两暗环的间隔 r rk1 rk
干涉环间距不等,内疏外密。
(4)已知可求出 R;
(5)已知R可求
(6)透射光与之互补
31
测量透镜的曲率半径
可见光波长范围 400~700nm
波长412.5nm的可见光有增反。
如:照相机镜头呈现蓝紫色 —— 消除黄绿色的反射光。 38
例 2、已知 如图,玻璃的折射率 n2=1.5,氧化膜 折射率 n1=2.21,膜的厚度为 t。用 =632.8nm的 激光 垂直照射 ,从 A到 B出现 11条暗纹 ,且 A处 恰为一 暗纹 。求膜的厚度 t。
b2 3 2 6
n1
nd
n1 L
b
d L
2n b 19
3 薄膜 等倾条纹(equal inclination fringes)
一. 点光源照明时的干涉条纹分析 光束1、2的光程差:
o r环 P
n( AB BC) n AD
ii
f
AB BC e
2
cos r
AD AC sin i
2
-光程差决定于倾角
相同倾角i对应同一条干涉条纹
明纹 (i) k , k 1,2,3,
暗纹 i 2k 1 , k 0,1,2,
2
21
条纹特点:
•1)形状: 一系列同心圆环 r环= f tg i
倾角i 相同的光线对应同一条干涉圆环条纹
• 2)条纹间隔分布内: 疏外密
• 3) 条 纹 级 次 分 e一定时, k i rk
2l(n 1) 107.2 n 107.2 1 1.0002927
40
M2 的像 M'2 反射镜 M1
单 色 光 源
G1
d
M1 M2
反 射 镜
G2
M2
光程差 Δ 2d
41
M'2
反射镜 M1
单 色 光 源
G1
当 M1不垂直于M 2
时,可形成劈尖 型等厚干涉条纹.



G2
M2
42
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.
b
3)条纹间距(明纹或暗纹)
b D n L L
2n
2b 2nb
b
n1 n
L
n n / 2 D
n1
b
劈尖干涉
15
4 )干涉条纹的移动
每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度,当此厚 度位置改变 时,对应的 条纹随之移 动.
16
讨论:
1) L 含义:劈尖张角越小,干涉条纹越稀疏 2n ;
劈尖张角越大,干涉条纹越密集。
n n1
D
k, k 1,2, 明纹
b
Δ (2k 1) , k 0,1, 暗纹
2
13
b
n1 n
L
n n / 2 D
n1
b
劈尖干涉
讨论
1)劈尖 d 0
Δ 为暗纹.
2
(k 1) (明纹)
d 2 2n k 2n (暗纹)
14
2)相邻明纹(暗纹)间的厚度差
di1
di
2n
n
2
D L n 2
n1 a i
a1 D
C
n2 A
n1 B
a2
e
5
薄膜干涉
n2 n1
CDAD
sin i n2
sin n1
L
2
P
1
iD
3
M1 n1 n2
A
C
d
M2 n1
B
E
45
Δ32
n2 (AB
BC)
n1 AD
2
AB BC d cos AD AC sini 2d tan sin i 6
Δ32
2d cos r
M1
S
AB
M2
45
解:设空气的折射率为 n
M1
S B管中原光程为 2l
充以空气后光程变为
2nl 光程改变为 ∶
2nl 2l 2l(n 1)
AB
l
M2
相邻条纹或说条纹移动一条时,对应光程差的变化 为一个波长,当观察到107.2 条移过时,光程差的 改变量满足:
2l(n 1) 107.2 46
rk2 kR
r2 km
(k
m)R
R
r2 km
r2 k
m
R
r
2r
32
例3 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光
做牛顿环实验,测得第个 k 暗环的半径为5.63mm , 第 k+5 暗环的半径为7.96mm,求平凸透镜的曲率半径R.
解 rk kR
rk5 (k 5)R
5R
r2 k 5
n2 1 50
e
5500
1000A
4n 4138
37
问:若反射光相消干涉的条件中
取 k=1,膜的厚度为多少?此增
透膜在可见光范围内有没有增反?
此膜对反射光相干相长的条件:
2n2d k
k 1
k2
k 3
1 855nm
2 412.5nm
3 275nm
n1 1
n2 1.38 d
n3 1.5
Δr 2dn2
n1 n2 n1
n1 n2
n3
9
例1 一油轮漏出的油(折射率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.
(1) 如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾
驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,
则他将观察到油层呈什么颜色?
(2) 如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油
根据具体 情况而定
n2 n1
L
2 1
iD 3
M1 n1 n2
A
C
M2 n1
B
E
45
➢ 透射光的光程差
P
Δt 2d n22 n12 sin 2 i
d
注意:透射光和反
射光干涉具有互 补 性 ,
符合能量守恒定律.
8
当光线垂直入射时 i 0
当 n2 n1 时
Δr
2dn2
2
当 n3 n2 n1 时
M'2 M1
d
d
移动反射镜
d k
2
M1

干涉
G1
G2
M2
动 距

条纹 移动 数目
43
➢ 干涉条纹的移动
当 M1 与 M2 之间
距离变大时 ,圆形干涉 条纹从中心一个个长出, 并向外扩张, 干涉条纹 变密; 距离变小时,圆 形干涉条纹一个个向中 心缩进, 干涉条纹变稀 .
44
例 .在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长 的玻璃管 A、B ,其中一个抽成真空,另一个在充 以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移动 ,所用波长为546nm。求空气的折射率?
n2
1
sin
2
r
2
2n2
d
cos
r
2
➢ 反射光的光程差 Δr 2d
n22
n12
sin
2
i
2
k
加 强 n2 n1
L
2
P
(k 1,2,)
1
iD 3
Δr (2k 1) 减 弱
2
M1 n1 n2
A
C
d
(k 0,1,2,) M2 n1
B
E
45
7
Δ反 2d n22 n12 sin 2 i / 2
rk2
R
r2 k 5
rk2
(7.96mm )2
5 633nm
33
2. 牛顿环的应用 依据公式 rk2m rk2 mR
• 测透镜球面的半径R:
已知, 测 m、rk+m、rk,可得R 。
• 测波长λ:
已知R,测出m 、 rk+m、rk, 可得λ。
• 检验透镜球表面质量 若条纹如图,说明待测透镜
2n
e
2n
牛顿环: 明暗相间的同心圆环,条纹间距不等,
内疏外密
35
条纹形状
劈尖干涉 直条纹
牛顿环 同心圆
条纹间距
等间距
向外侧逐渐密集
条纹公式
l ek1 ek sin 2n2 sin
零级条纹 暗条纹,直线
r (2k 1)R 2n2
r kR / n2
k 1,2,3 k 0,1,2
暗斑
单色平行光
1
n
n
2 反射光1
Ae
n ( 设n > n )
:104 ~ 105 rad 1、2两束反射光
来自同一束入射光, 它们可以产生干涉。 例如在膜面上(A点)
1、2两束反射光相干叠加,就可形成明暗条纹。
12
实际应用中,大都是平行光垂直入射到劈尖上。
n
T
L
n1
n1
d
S
劈尖角
M
Δ 2nd
2
1
§13.1.4 薄膜干涉(film interference)
▲ 薄膜干涉是分振幅干涉。
▲ 常见薄膜干涉:
肥皂泡上的彩色、
雨天地上油膜的彩色、昆虫翅膀的彩色…。
▲ 膜为何要薄? ─ 光的相干长度所限。
膜的薄、厚是相对的,与光的单色性好坏有关。
▲普遍地讨论薄膜干涉是个极为复杂的问题。
厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹
解∶
氧化膜
2n1e
2
(2k
1)
2
t
A
B
k
2
玻璃
k 0,1,2, 令 k=10, 代入数据得 ∶
e
k 2n1
k=0,为第一条
e 1.43(m) 39
§13.1.5 迈克耳逊干涉仪
反射镜 M1
M1 移动导轨
单 色 光 源
分光板 G1
M1 M2
反 射 镜
M2 补偿板 G2
G1//G 2 与 M1, M2 成 450角
布:
2e
n2
n12
sin 2
i
2
k
越靠近中心,级次越高 中心处干涉级最22高
二. 面光源照明时,干涉条纹的分析
o r环 P
i
f
· 面光源 · · i
n
n > n
e
n
只要入射角i相同,都将汇聚在同一个干涉 环上(非相干叠加)
23
屏幕
i
f
S
L
M
n
观察等倾条纹的实验装置和光路
24
么么么么方面
• Sds绝对是假的
d
光程差
Δ 2d
2
28
牛顿环实验装置
显微镜 T
L S
M半透 半反镜
R
rd
牛顿环干涉图样
29
光程差 Δ 2d
2
k (k 1,2,) 明纹
Δ (k 1) (k 0,1,) 暗纹
2
R
r
d
r2 R2 (R d)2 2dR d 2
R d d 2 0
r 2dR (Δ )R
层呈什么颜色?
解 (1) Δr 2dn1 k
2n1d , k 1,2,
k
k 1, 2n1d 1104 nm
k 2, n1d 552 nm 绿色
k 3,
2 3
n1d
368nm
10
(2) 透射光的光程差 Δt 2dn1 / 2
k 1, 2n1d 2208nm
11/ 2
有有
情况2: n1>n2>n3
无无
没有
情况3: n1<n2>n3 有无
没有
情况4: n1>n2<n3 无有


4
1. 薄膜的等厚干涉 光程差的计算 薄膜干涉一般分为两类,即等倾干涉和等厚干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质n2(>n1),
用扩展光源照射薄膜,其
反射和透射光如图所示
等倾干涉
1.薄膜厚度均匀 2.常采用面光源提供入射光 3.干涉条纹在无穷远处(用透镜汇聚) 4.相同倾角i的入射光,经膜的上下表面发射
后产生的相干光束具有相等的光程差,位 于同一条干涉条纹上。 5.干涉条纹通常为一组明暗相间的同心环, 愈往中心,条纹级别愈高。
26
等倾干涉
27
4、 簿膜干涉的应用 1)牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成
精选课件ppt26等倾干涉精选课件ppt2744簿膜干涉的应用簿膜干涉的应用1牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差精选课件ppt28牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环干涉图样显微镜精选课件ppt29暗环半径明环半径精选课件ppt30干涉条纹特征
相关文档
最新文档