物理第22章光的干涉2薄膜干涉.ppt

1、1,利用薄膜上、下兩個表面對入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)獲得相干光束.,22.5 薄膜干涉(分振幅法),一.光程差,兩條反射光線的光程差,2,光線垂直入射,反射光1,反射光2,入射光,考慮半波損失,可有,3,4,例1:增透膜.波長550 nm黃綠光對人眼和照像底片最敏感。要使照像機對此波長反射小，可在照像機鏡頭上鍍一層氟化鎂MgF2薄膜，已知氟化鎂的折射率 n=1.38 ，玻璃的折射率n=1.55.,解:兩條反射光干涉減弱條件,增透膜的最小厚度,增反膜,薄膜光學厚度（nd）仍可以為,求:氟化鎂薄膜的最小厚度.,說明,5,例2:已知 ，照相機鏡頭n3=1.5，其上涂一 層 n2

2、=1.38的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。,問：若反射光相消干涉的條件中 取 k=2，膜的厚度為多少？此增 透膜在可見光范圍內有沒有增反？,解：因為 ，所以反射光 經(jīng)歷兩次半波損失。反射光干涉相 消的條件是：,代入k 和 n2 求得：,6,問：此增透膜在可見光范圍內 有沒有增反？,此膜對反射光干涉相長的條件：,可見光波長范圍 400700nm,波長412.5nm的光有增反.,結果,7,例3. 一平面單色光波垂直照射在厚度均勻的薄油膜上,油膜覆蓋在玻璃板上,所用單色光的波長可以連續(xù)變化,觀察到500nm與700nm這兩個波長的光在反射中消失.油的折射率為1.30,玻璃的折射率為1.50,試求油膜的

3、厚度。,8,9,三.等厚干涉劈尖,1.劈尖的概念和干涉的實現(xiàn),2.光程差及明暗條件：,明紋中心,暗紋中心,（空氣劈尖）,10,同一厚度d 對應同一級條紋等厚干涉條紋.,相鄰條紋對應的厚度差：,若為空氣層時，,平行于棱邊的直條紋,明暗相間,級次隨厚度遞增.,3.條紋分布特點：,11,(5)條紋等間隔,(7)對空氣劈尖，棱邊為暗，證明半波損失存在.,(6)復色光入射，呈彩色；,12,(8)應用: 測細小直徑、厚度、微小變化,測表面不平度,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,例1(教材P19

4、例22.5)為測量一細金屬絲的直徑d，按圖辦法形成空氣劈尖，用單色光照射形成等厚干涉條紋，用讀數(shù)顯微鏡測出干涉明條紋的間距，就可以算出d。已知單色光波長為589.3 nm，測量結果是：金屬絲與劈尖頂點距離D=28.880 mm，第1條明條紋到第31條明條紋的距離為4.295 mm,求金屬絲直徑 d.,解:,由題知,直徑,37,例2.利用劈尖的等厚干涉條紋可以測量很小的角度.今在很薄的劈尖玻璃板上,垂直地射入波長為589.3nm的鈉光,相鄰暗條紋間距離為5.0mm,玻璃的折射率1.52,求此劈尖的夾角.,解:研究對象是空氣中的玻璃劈尖,已知波長的光波垂直入射.所以,兩相鄰的暗(明)紋間距為,38

5、,例3. 波長為680nm的平行光垂直地照射到12cm長的兩塊玻璃片上,兩玻璃片一邊相互接觸,另一邊被厚度0.048mm的紙片隔開,試問在這12cm內呈現(xiàn)多少條明條紋？ 分析:可根據(jù)劈尖斜面總長度L與相鄰兩明(暗)紋間距的關系求解,也可根據(jù)劈的總厚度與相鄰兩明(暗)紋的厚度差求解.,解1：空氣劈尖,在L=12cm長度范圍內的明紋數(shù)目,條,39,40,四.等厚干涉牛頓環(huán),光程差:,明紋中心,暗紋中心,干涉的實現(xiàn):,41,(1) 測透鏡球面的半徑R 已知 , 測 m、rk+m、rk，可得R,(2) 測波長 已知R，測出m 、 rk+m、rk，可得,(3) 檢測透鏡的曲率半徑誤差及其表面平整度.,(

6、4) 若接觸良好,中央為暗紋半波損失.,半徑,討論,(5) 透射圖樣與反射圖樣互補.,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,例題1： 牛頓環(huán)的應用,已知：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：,53,54,55,56,57,58,五. 邁克耳孫干涉儀,1. 干涉儀結構,2. 工作原理,光束 和 發(fā)生干涉,調整 和 后面的調節(jié) 螺釘，即可觀察到波膜干 涉的各種情況。,光路:等效為空氣薄膜.,59,若M1、 M2 有小

7、夾角,若M1平移 d 時，干涉條紋移過 N 條，則有,當M1和M2不平行，且光平行入射, 此時為等厚條紋,若M1、M2平行,3. 條紋特點,等傾條紋,60,5. 應用,微小位移測量,測折射率,測波長,4. 邁克耳孫干涉儀優(yōu)點,設計精巧，兩束相干光完全分開，可以方便的改變 任一光路的光程。,61,例1:流體折射率測定,在邁克耳孫干涉儀的兩臂中分別引入10 厘米長的玻璃管A、B ，其中一個抽成真空，另一個在充以一個大氣壓空氣的過程中觀察到107.2 條條紋移動，所用波長為546nm。求空氣的折射率？,解：設空氣的折射率為n,相鄰條紋或說條紋移動一條時，對應光程差的變化為一個 波長，當觀察到107.2 條移過時，光程差的改變量滿足：,邁克耳孫干涉儀的兩臂中 便于插放待測樣品，由條 紋的變化測量有關參數(shù)。 精度高。,62,例2. 邁克耳孫干涉儀可用來測量單色光的波長,當M2移動距離 mm時,測得某單色光的干涉條紋移過