5分振幅法双光束干涉相干光束和光程差等厚条纹

e
13
i
屏幕
f
S
M
L
n 观察等倾条纹的实验装置和光路
14
倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹
—等倾条纹 •条纹特点: • • • • • 形状一系列同心圆环 内疏外密 条纹间隔分布 条纹级次分布 中间级次最高 膜厚变化时,条纹的移动 波长对条纹的影响
15
•面光源在薄膜干涉中的特殊贡献
o
r环
i
P
f
28
微米量级的空间分辨率
原理
t
* 样品中不同位置处反射 回的光脉冲延迟时间不同
* 不同的材料或结构反射 的强度不同 2nd 2nd t 8 c 3 10 m / s 8 10 Δd s/m
等厚条纹 21
迈克耳逊干涉仪
利用干涉仪测气体折射率
23
用迈克耳逊干涉仪测气流
24
迈克耳逊 （A.A.Michelson）
美籍德国人 因创造精密光 学仪器，用以 进行光谱学和 度量学的研究， 并精确测出光 速，获1907年 诺贝尔物理奖。 25
迈克耳逊在工作
爱因斯坦: “我总认为迈克尔逊是科学中的艺术家， 他的最大乐趣似乎来自实验本身的优美和所 使用方法的精湛，他从来不认为自己在科学 上是个严格的‘专家’，事实上的确不是， 但始终是个艺术家。” 许多著名的实验都堪称科学中的艺术，如： 全息照相实验，吴健雄实验，兰姆移位实验 等等。 重要的物理思想＋巧妙的实验构思＋精湛 的实验技术 科学中的艺术

标准验规 待测透镜

标准验规 待测透镜
暗纹 暗纹
如果待测透镜合格
现象如何?
看到了干涉花样 您用什么简易办 法判别是上述哪种情况?
12
三、等倾条纹 薄膜的厚度均匀 则相同倾角的光线光程差相同
o
i
2ne cos r

2
r环
i
P f
1
S
i n n > n n
·
i
2
L
D · A·· C r · B
18
§6 干涉仪
一、迈克耳逊干涉仪
二、法布里-珀罗干涉仪
三、光学相干CT
19
§6 干涉仪
一、迈克耳逊干涉仪
M2 M1
2 G1 S 半透半反膜 2 1 G2 M1
1. 工作原理
光束2′和1′发生干涉 补偿板G2的作用
1
E
无G2时的光程差： Δ 2nt 2l2 2l1 有G2时的光程差： Δ 2l2 2l1
D
L
测表面不平度
等厚条纹 平晶
标 准 块 规 待 测 块 规
λ
平晶
Δh
思考： 怎么判 断楔角 的位置?
8
待测工件
2.牛顿环 光程差： Δ 2e

2
牛顿环 装置简图 显微镜
分束镜M S . (1) 平凸透镜 平晶
第m个暗环半径？
r e 2R
2
形状
oLeabharlann Baidu·

R
r
e
2e

2 2 m 0,1,2,
面光源
· ·· i
e
n
n > n 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）
空气 镀膜
•应用：增透(射)膜和增反射膜
膜厚度均匀 个波长增透
基片 垂直入射 对某 n基 膜厚至少是多少？ n0 < n < 16
镜头颜色为什么发紫?
17
等倾条纹
牛顿环
如何在实验上区分上述条纹是等倾还是牛顿环?
薄 膜 干 涉
两个特殊结果
1)等厚干涉
Δ 2ne cos r sin i n sin r 2
在确定的角度下观察
或说：入射角固定
则在波长一定的情况下
光程差只取决于薄膜的 厚度 相同厚度的地方对应相 同的光程差
2)等倾干涉 薄膜的厚度 均匀 则相同倾角 的光线光程 差相同
4
二、等厚条纹 1.劈尖干涉
20
• 获得等倾条纹的条件 M1、M2平行 发散光入射 • 获得等厚条纹的条件 M1、M2 有小夹角 平行光入射 • 观察条纹移动 M2平移d 时 则 2. 应用 干涉条移过N条
S 半透半反膜 2
M2 M1 2 G1
G2
1
M1
1 E
Δd N 2
十字叉丝
•微小位移测量 •测折射率
§5 分振幅法双光束干涉
一、相干光束和光程差
二、等厚条纹
三、等倾条纹
1
· S
反射光2
一、相干光 束和光程差
单色

n n ·
反射光1
A

e
n ( 设 n > n )
反射光干涉
透射光干涉
1
i
薄膜
2ne cos r sini n sinr
2
i
n

2
e
薄膜
n e
1
2
2
2ne cosr
( 2m 1)

(2)
平凸透镜 平晶
暗环

o
r 2 R 2 ( R e ) 2 2R e
9
rm mR m
白光入射的牛顿环照片
10
思考： 1.定性说明由上图装置得到的
牛顿环条纹形状的疏密情况
2.如果轻轻点一下上透镜的中点 条纹怎样移动?
11
应用 测透镜球面的半径R 检验透镜球表面质量

同一厚度e对应同一级条纹 —— 等厚条纹
•条纹形状 与薄膜的等厚线相同
5
• 条纹间距
2nem

2
m
2nem 1

2
(m 1)
相邻条纹的光程 差差一个波长
Δl
Δe

2nΔe
n Δe 2n 2
明纹
条纹 Δl 间距 2n
暗纹
l
e

em
em1
26
二、法布里-珀罗干涉仪 多光束薄膜干涉的应用
A B
i
基本装置图
r
nd
C
D
原理图
主极大满足的光程差？
2n AB CD 2nd cosr m
27 未考虑镀膜面对相位的影响
三、“古老”原理的现代应用之例
光学相干CT — 断层扫描成像新技术 （Optical Coherence Tomography简称OCT） CT-Computed Tomography 计算机断层成象 第一代： X射线CT 射线CT－工业CT 第二代： NMR CT－核磁共振成象 第三代： 光学相干CT－OCT
6
• 条纹的移动 （反映膜的厚度变化）
2nem
明纹

2
m (m 1,2,3, )
•条纹疏密的变化 （反映楔角的改变） Δl 2n 变 密 F
F变 疏
暗纹
l

平 移 改变 楔角
怎么看条纹移动？ 盯住某一级 看 这一级对应的厚 度在哪个方向 7
•应用 测波长 测折射率 测细小直径、厚度、微小变化
10 ~ 10 rad
4 5
入射光(单色平
行光垂直入射) 反射光2 n 反射光1
平行光垂直入射到劈尖上 •光程差

n
·
A
e
n (设n > n )
Δ 2ne 2
2ne

2
m , m = 1,2,3, 明纹
2ne

(2m 1) , m = 0,1,2, … 暗纹 2 2