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1、薄膜干涉,8-3 分振幅干涉,利用薄膜上、下兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射(或折射),可在反射方向(或透射方向)獲得相干光束。,一、等傾干涉,在一均勻透明介質(zhì)n1中 放入上下表面平行,厚度 為e 的均勻介質(zhì) n2(n1),等傾干涉條紋,分振幅干涉實(shí)際是很多束強(qiáng)度不等的平行光的干涉,由折射定律和幾何 關(guān)系可得出:,干涉條件,附加光程差的確定,滿(mǎn)足n1n3(或n1 n2 n3),滿(mǎn)足n1n2n3(或n1 n2 n3),產(chǎn)生附加光程差,不存在附加光程差,垂直入射時(shí):,a. 對(duì)于透射光:,討論:,明紋,暗紋,明暗紋公式:,對(duì)同樣的入射光來(lái)說(shuō),當(dāng)反射方向干涉加強(qiáng)時(shí),在透射方向就干涉減弱。,垂直入射時(shí):,薄膜,*

2、,*,*,S,1,S,2,S,3,單 色 光 源,e,屏,透鏡,半透半反的玻璃 (調(diào)節(jié)入射角),擴(kuò)展光源照射下的薄膜干涉,擴(kuò)展光源:發(fā)光面積較大,光線(xiàn)出射方向(波矢量)極多,或者說(shuō)它的空間頻譜極寬,相干面積極小,也就是空間相干性極差。,薄膜,*,*,*,S,1,S,2,S,3,單 色 光 源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,屏,透鏡,半透半反的玻璃,薄膜,*,*,*,S,1,S,2,S,3,單 色 光 源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,屏,透鏡,薄膜,半透半反的玻璃,*,*,*,S,1,S,2,S,3,單 色 光 源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,屏,薄

3、膜,透鏡,半透半反的玻璃,*,*,*,S,1,S,2,S,3,單 色 光 源,e,n,1,n,2,n,1,n,2,n,1,等傾干涉 條紋,屏,薄膜,透鏡,干涉成因:,薄膜,透鏡,擴(kuò)展 光源,“1”,“2”,“3”,“4”,屏,干涉級(jí)次決定于入射光的入射角。,對(duì)于不同傾角的光入射:,可以看出:,入射角 越小, 光程差越大, 條紋越在中心, 干涉級(jí)越大。 (kci大中小),結(jié)論:,1)不同的入射角的光線(xiàn) 對(duì)應(yīng)著不同干涉級(jí) 的條紋,傾角相 同的光線(xiàn)產(chǎn)生相同干涉級(jí)條紋(等傾干涉)。,2)入射角越小,光程差越大;即越靠近中心,干涉 級(jí)越高。,討論:,1)若膜厚發(fā)生變化:,明紋,盯住某條明紋,即k固定、

4、不變,,條紋向里收縮(中心明暗交替變化),e 減小,要求 減小,,當(dāng)膜厚增加時(shí):,盯住某條明紋,不變,,條紋向外擴(kuò),e增加,要求 增大,,當(dāng)膜厚減小時(shí):,A、不變;B、條紋內(nèi)縮; C、條紋外冒,膜的厚度e 一定時(shí),越靠近中心處,i 越小,越小,光程差越大,條紋級(jí)次越高。 膜的厚度e 增大時(shí),條紋外冒,中心處明暗交替。 膜的厚度e 減小時(shí),條紋內(nèi)縮,中心處明暗交替。,明紋 條件:,問(wèn)題:,薄膜厚度 e 連續(xù)增加干涉條紋有何變化?,2)如光源由不同頻率組成,則將出現(xiàn)彩色條紋。,若白光入射:,從里向外,依次由紅到紫的彩色條紋。,明紋,3)等傾干涉定域在無(wú)限遠(yuǎn),只能通過(guò)透鏡或?qū)⒀壅{(diào)到 聚焦無(wú)限遠(yuǎn)才能看

5、到.,三、分振幅干涉的應(yīng)用,增透膜-利用薄膜干涉使反射光相消,透射光加強(qiáng)。,增反膜-用薄膜干涉使透射光相消,反射光加強(qiáng)。,一層增透膜只能使某種波長(zhǎng)的反射光達(dá)到極小,垂直入射時(shí),反射光相消條件:,解:因?yàn)?,所以反射光 經(jīng)歷兩次半波損失。反射光相干相 消的條件是:,此膜對(duì)反射光干涉相長(zhǎng)條件:,可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍 400700nm,波長(zhǎng)412.5nm的可見(jiàn)光有增反。,問(wèn):若反射光相消干涉的條件中取 k=1,膜的厚度為多少?此增透膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有沒(méi)有增反?,厚度為e 處,兩相干光的光程差為,1、2兩束反射光來(lái)自同一束入射光,它們可以產(chǎn)生干涉。,二、等厚干涉,垂直入射i=0時(shí),干涉條件,膜上厚度相同的位

6、置有相同的光程差對(duì)應(yīng)同一級(jí)條紋,故稱(chēng)為薄膜等厚干涉。,1. 劈尖干涉(劈形膜),夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成 的薄膜,(wedge film ),平行單色光垂直照射實(shí)心劈尖上,劈尖上厚度相同的地方,兩相干光的光程差相同,對(duì)應(yīng)一定k值的明或暗條紋。,棱邊處,e=0,=/2,出現(xiàn)暗條紋 有“半波損失”,在上下兩內(nèi)表面反射光的干涉,問(wèn)題1 用單色平行光垂直照射如圖的介 質(zhì)劈形膜,劈棱處為明紋還是暗紋?,A、明紋 B、暗紋 C、不能判斷,視 的值而定,(當(dāng) 或 時(shí)) 或 當(dāng) 或 時(shí)) 若 為明條紋 為暗條紋,設(shè)每一干涉條紋對(duì)應(yīng)的薄膜厚度分別為:,如條紋間距離為,(1),由明紋公式:,(2),計(jì)算條紋間距:

7、,總結(jié):實(shí)心劈尖任意相鄰明條紋對(duì)應(yīng)的厚度差:,任意相鄰明條紋(或暗條紋)之間的距離 l 為:,在入射單色光一定時(shí),劈尖的楔角愈小,則l愈大,干涉條紋愈疏; 愈大,則l愈小,干涉條紋愈密。,當(dāng)用白光照射時(shí),將看到由劈尖邊緣逐漸分開(kāi)的彩色直條紋。,等 厚 干 涉,薄膜厚度增加時(shí),條紋下移, 厚度減小時(shí)條紋上移。,薄膜的 增加時(shí),條紋下移, 減小時(shí) 條紋上移。,2)牛頓環(huán),A-曲率半徑很大的凸透鏡,裝置:,B-平面光學(xué)玻璃,A,B,干涉圖樣:,半反 射鏡,顯 微 鏡,r,隨著r的增加而變密!,2、牛頓環(huán)Newton ring (等厚干涉特例),空氣薄層中,任一厚度e處上下表面反射光的干涉條件:,各級(jí)

8、明、暗干涉條紋的半徑:,e=0, 兩反射光的光程差=/2,為暗斑。,條紋形狀:干涉條紋是以平凸透鏡與平面玻璃板的接觸點(diǎn)為圓心,明暗相間的同心圓環(huán),中心為暗點(diǎn)(實(shí)際上由于磨損、塵埃等因素的影響,中央常模糊不清)。,隨著牛頓環(huán)半徑的增大,條紋變得越來(lái)越密。即條紋不等間距,內(nèi)疏外密。,問(wèn)題1 在折射率相同的平凸透鏡與平面玻璃板間充以某種透明液體。從反射光方向觀(guān)察,干涉條紋將是: A、中心為暗點(diǎn),往外條紋變密 B、中心為亮點(diǎn),往外條紋變密 C、中心為暗點(diǎn),往外條紋變稀 D、中心為亮點(diǎn),往外條紋變稀 E、中心的亮暗與液體及玻璃的折射率有關(guān),往外條紋變密 F、中心的亮暗與液體及玻璃的折射率有關(guān),往外條紋變

9、稀,選擇A:正確! 因?yàn)?問(wèn)題2 如圖,用單色平行光垂直照射在觀(guān)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)離平板玻璃時(shí),干涉條紋將: A、靜止不動(dòng) B、向中心收縮 C、向外冒出 D、中心恒為暗點(diǎn),條紋變密,選擇B:正確!,分析:判斷干涉條紋的移動(dòng)和變化,可跟蹤某一級(jí)干涉條紋,例如第k 級(jí)暗紋,其對(duì)應(yīng)的空氣膜厚度為 。當(dāng)平凸透鏡向上緩慢平移時(shí),平凸透鏡下表面附近對(duì)應(yīng)空氣膜厚度為 的點(diǎn)向中心移動(dòng),因此干涉條紋向中心收縮,中心處由暗變亮,再變暗,如此反復(fù)。(厚度增加,級(jí)次K增大),解:根據(jù)明環(huán)半徑公式:,測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化,測(cè)表面不平度,檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量,四、邁克耳遜干涉儀,M 1,2,2,1,1,半透半反膜,光束2和1發(fā)生干涉,若M 1、M2平行 等傾條紋,G1-半涂銀鏡,G2-補(bǔ)償透鏡,M1、 M2反射鏡,E-眼及望遠(yuǎn)鏡,四、邁克耳遜干涉儀,若M 1、M2平行 等傾條紋,當(dāng)M1移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)時(shí),光程差改變一個(gè)波長(zhǎng),視場(chǎng)中將看到一條條紋移過(guò)。,若條紋為等厚條紋,M2平移d 時(shí),條紋移過(guò)

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