波動光學(xué)干涉

波動光學(xué)干涉第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日P兩相干光在空間某點P相遇，其合振動振幅二、光的干涉光波的相干條件(1)頻率相同(2)相位差恒定(3)振動方向平行第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日加強(明條紋)減弱(暗條紋)當(dāng)光的強度或明暗在空間非均勻的穩(wěn)定分布----光的干涉若屏上出現(xiàn)一系列明暗相間的條紋——干涉圖樣第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日干涉條紋可見度(襯度)定義:光程差加強(明條紋)減弱(暗條紋)相位差第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子1.普通光源的發(fā)光特點E1E2能級躍遷輻射自發(fā)輻射

不同原子發(fā)光：獨立一個原子發(fā)光：間歇、隨機受激輻射

非相干輻射頻率、相位、振動方向等相同E1E2相干輻射波列

三、相干光的獲得P21

兩個普通光源或同一普通光源的不同部分所發(fā)出的光是不相干的第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日2.從普通光源獲得相干光的方法先分后合分波前法分波面法分振幅法薄膜1不滿足相干條件滿足相干條件第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日7四、雙縫干涉1、楊氏雙縫干涉實驗實驗裝置分波陣面干涉托馬斯.揚（Thomas.Yong,1773—1829）縫寬：10-4m雙縫距離d:0.1--3mm屏到雙縫距離D:1--10m屏上橫向觀測范圍:1--10cm第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日82、雙縫干涉實驗中明暗條紋在屏上的位置光程差

條紋位置明紋

暗紋

條紋間距

P點光強4I000

1

-1-2

2

明紋級次1

-1-2

2

暗紋級次均勻分布對稱分布第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日3、條紋襯比度

4、若用白光做光源

人類第一次有了測量光波波長的方法光的波動說的判定性實驗第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日5、菲涅耳雙棱鏡

雙縫干涉6、菲涅耳雙面鏡

雙縫干涉7、勞埃鏡

反射光有半波損失！

雙縫干涉第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日ABAB焦平面透鏡不產(chǎn)生附加光程差薄透鏡，近軸光線：一般在透鏡前找光程差fSS1S2OPxkd第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日

例13-1

以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏幕的垂直距離為1m.(1)從第一級明紋到同側(cè)的第四級明紋的距離為7.5mm,求單色光的波長;(2)若入射光的波長為600nm,求相鄰兩明紋間的距離.解（1）（2）第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日C解計算波程差BA12

例13-2

如圖離湖面處有一電磁波接收器位于C

，當(dāng)一射電星從地平面漸漸升起時，接收器斷續(xù)接收到一系列極大值.已知射電星發(fā)射的電磁波波長為,求第一次測到極大時，射電星的方位與湖面所成的角.第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日取

極大時

考慮半波損失時，附加波程差取均可，對問題實質(zhì)無影響.注意ACB12第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日例題13-3

用薄云母片（n=1.58）覆蓋在楊氏雙縫的其中一條縫上，這時屏上的零級明紋移到原來的第七級明紋處。如果入射光波長為550nm，問云母片的厚度為多少？解：Poe原七級明紋P點處插入云母片后，P點為零級明紋第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日dDSp·S′S1S2例13-4

楊氏雙縫干涉試驗條件作如下變,干涉條紋將作怎樣變化?(1)線光源S沿平行于S1,S2連線方向作微小移動；（2）加大雙縫間距；（3）把整套裝置侵入水中。（1）此時S1,S2不再是同相位光源，0級中央明紋將從屏中央O點移開。中央明紋應(yīng)在之處屏上的干涉條紋整體向上平移。（2）

根據(jù)dx（3）O整套裝置侵入水中后的光程差為條紋變密第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日*S求：屏上條紋的間距？如圖，已知:波長為，透鏡的焦距f，a，b，cb*S1d*S2cz屏透鏡成像公式第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日五、薄膜干涉PLDC34E5A1B2兩相干光的光程差光源1、等傾干涉分振幅法獲得相干光第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日

e

f(1)光程差取決于入射角等傾干涉傾角i相同的光線對應(yīng)同一條干涉條紋半反半透iLS

f屏幕(2)條紋位置亮紋暗紋環(huán)中心的級次高膜變厚，外冒，條紋更密集；相鄰條紋的光程差變化膜變薄，內(nèi)陷，條紋更稀疏透鏡第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日(3)面光源

e

f入射角

i相同的光線匯聚在同一級干涉條紋上使用面光源圖像更清晰(4)透射光的干涉非相干疊加與反射光的圖樣互補薄膜透射光與反射光的光程差為半波長第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日212、增透膜和增反膜增透膜

在透鏡表面鍍一層厚度均勻的透明介質(zhì)膜，使其上、下表面對某一特定波長的光，反射干涉相消，透射相長。如照相機鏡頭鍍有增透膜

如圖，氟化鎂薄膜上、下表面的反射光束Ⅰ和Ⅱ干涉相消：增反膜：反射干涉相長，透射相消。取eⅠⅡ氟化鎂為增透膜第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日22哈勃望遠鏡

哈勃望遠鏡在軌道上飛行，為了使它的溫度改變量為最小，它的表面覆蓋了高反射率金屬膜。鏡頭顏色為什么發(fā)紫?

觀察肥皂液膜的干涉時，剛吹起的肥皂泡沒有顏色，吹到一定大小時會看到彩色，其顏色隨泡增大而改變，當(dāng)彩色消失呈現(xiàn)黑色時，肥皂泡破裂，為什么？第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日23例題13-5

空氣中肥皂膜（n2=1.33），厚為0.32m。如用白光垂直入射，問肥皂膜呈現(xiàn)什么色彩？解:

2=567nm（黃光）可見光范圍400~760nm第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日(1)光程差半波損失情況根據(jù)具體情況決定通常，光垂直入射光程差隨膜的厚度變化→等厚干涉明紋暗紋3、等厚干涉

若薄膜兩個表面不平行，便形成劈的形狀，稱為劈形膜。第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日劈尖處是明紋還是暗紋？條紋間距等間距若用白光照射，結(jié)果如何？(2)劈尖的等厚干涉明紋暗紋平移條紋條紋疏密情況不變改變楔角條紋楔角變大條紋變密劈尖變化對條紋的影響條紋向棱的方向移動條紋間距的變化相鄰條紋的光程差相差一個波長第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日26

例13-6

兩塊平玻璃板構(gòu)成的劈尖干涉裝置發(fā)生如下變化，干涉條紋將怎樣變化？（1）劈尖上表面緩慢向上平移；（2）棱不動，逐漸增大劈尖角；（3）兩玻璃板之間注入水；（4）劈尖下表面上有下凹的缺陷。（1）根據(jù)干涉條紋整體地向棱的方向平移（2）ek相鄰條紋之間膜的厚度差是而條紋間距：角增大，間距變小，條紋向棱密集。（3）條紋間距變?。?）棱第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日27劈尖干涉的應(yīng)用1）干涉膨脹儀——用來測定固體線膨脹系數(shù)劈形空氣膜ABC圖中B為被測固體。設(shè)溫度為t0時，樣品的長度為l0。t0時，k級暗紋t時，空氣膜的厚度差：k級暗紋設(shè)條紋移動了N條膨脹系數(shù)第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日28Lel薄膜厚度：條紋數(shù)

在半導(dǎo)體元件生產(chǎn)中，測定硅片上的二氧化硅薄膜厚度的常用方法是：將薄膜的一部分磨成劈形膜，通過觀察垂直入射光在其上面產(chǎn)生的干涉條紋，計算出厚度。2）測膜厚第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日29

3）檢驗光學(xué)元件表面的平整度

欲測一工件表面的平整度，將一平晶（非常平的標準玻璃）放在待測工件上，使期間形成空氣劈尖，如圖（a）示，現(xiàn)用波長=500nm的光垂直照射時，測得如圖（b）示的干涉條紋。問（1）不平處是凸的還是凹的？（2）如果相鄰條紋間距b=2mm，條紋的最大彎曲處與該條紋的距離a=0.8mm，則不平處的高度或深度是多少？ba（a）（b）第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日30

解：等厚干涉中，每一條紋所在位置的空氣膜具有同一厚度。條紋向右彎，則工件表面紋路是凸的。ba相鄰兩亮（或暗）條紋對應(yīng)的空氣隙厚度差baH第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日31等厚干涉條紋劈尖不規(guī)則表面第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日32白光入射單色光入射第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日3.牛頓環(huán)平板玻璃平凸透鏡明紋暗紋同心圓環(huán)，接觸點為暗點明紋(中心)半徑暗紋(中心)半徑S分束鏡M顯微鏡可用來測光波波長、測透鏡球面的半徑第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日(1)暗環(huán)半徑與

k的平方根成正比條紋外密內(nèi)疏(2)越接近環(huán)中心，條紋級次越低等傾干涉環(huán)中心條紋級次高(3)凸透鏡略微上移，膜厚度變大，條紋內(nèi)陷等傾干涉膜厚度變大，條紋外冒(4)白光入射，同一級條紋，l越大，半徑越大→由紫到紅的彩色條紋第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日35例13-7

用紫光照射，借助于低倍測量顯微鏡測得由中心往外數(shù)第k

級明環(huán)的半徑,k

級往上數(shù)第16個明環(huán)半徑，平凸透鏡的曲率半徑R=2.50m求：紫光的波長？解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日36

例13-8

用氦氖激光器發(fā)出的波長為633nm的單色光做牛頓環(huán)實驗，測得第個k暗環(huán)的半徑為5.63mm,第k+5暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.解第三十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日37例13-9：如圖，用單色光垂直照射觀察

牛頓環(huán)的裝置上，當(dāng)平凸透鏡

垂直向上緩慢平移而遠離平板玻璃時，可以觀察到這些環(huán)狀條紋的變化情況怎樣？畫出透射光干涉所形成的牛頓環(huán)。

1.521.621.621.521.75p若用三種透明材料構(gòu)成牛頓環(huán)裝置，用單色光垂直照射，在反射光中看到干涉條紋，則在接觸點p處形成的圓斑為（A）全明，（C）左半部明，右半部暗（B