《波動光學(xué)》課件

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(shí)，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(shí)，反射光沒有半波損失。,*折射光沒有相位突變,B點(diǎn)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(qiáng) 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(diǎn)）,（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(shí)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(qiáng)？(1 nm=10-9 m),解：加強(qiáng)， 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(qiáng)的光的波長是 600 nm 和 428.6 nm,答案A,1. 如圖所示，波長為 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(gè)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(diǎn)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(shí)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(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改時(shí)，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。（Si折射率為3.42，SiO2折射率為1.50）,明紋,暗紋,（2）檢驗(yàn)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(jì)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(shí)，若觀察到的干涉條紋如圖所示，每一條紋彎曲部分的頂點(diǎn)恰好與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(diǎn)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) 不平處為凹槽， 最大深度為250 nm,3. 如圖所示，兩個(gè)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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，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(shí) 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. 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(shí)，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(kuò)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(jìn)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(jì)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,