波动光学干涉-课件

波动光学干涉 牛顿:光的直线转播说明光是粒子流。惠更斯、托马斯 杨、菲涅耳:光具有干涉和衍 射现象,因此光是一种波。麦克斯韦:依照我的理论,光是一种电磁波,而 且是横波,传播速度为每秒30万公里。迈克尔逊:我为什么测不到“以太风”。爱因斯坦:用普朗克的“能量子”解释了光电效应。光具有粒子性。德布罗意:所有物体都具有波动性与粒子性。光的波粒二象性光的波粒二象性一、光的电磁理论 各种频率的光复合起来称为复合光 光波描述光强正比于光矢量振幅的平方,即k为比例系数,我们只关怀光的相对强度,可取 k=1。真空中的光速 光是某一波段的电磁波 可见光的范围 具有一定频率的光称为单色光 13、1 光的干涉 P两相干光在空间某点P相遇,其合振动振幅二、光的干涉光波的相干条件(1)(1)频率相同(2)(2)相位差恒定(3)(3)振动方向平行(存在相互平行的振动分量)加强(明条纹)减弱(暗条纹)当光的强度或明暗在空间非均匀的稳定分布-光的干涉若屏上出现一系列明暗相间的条纹干涉图样干涉条纹可见度(衬度)定义:光程差加强(明条纹)减弱(暗条纹)相位差光源的最基本发光单元是分子、原子1 1、普通光源的发光特点E1E2能级跃迁辐射自发辐射 不同原子发光:独立一个原子发光:间歇、随机受激辐射 非相干辐射频率、相位、振动方向等相同E1E2 相干辐射波列 三、相干光的获得P212 2、从普通光源获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 1不满足相干条件满足相干条件四、杨氏双缝干涉 光程差(1)(1)条纹位置明纹 暗纹 条纹间距 均匀分布对称分布(2)(2)条纹衬比度(3)(3)若用白光做光源(4)(4)点光源S S不在S S1 1和S S2 2的对称位置上零级明纹光源上移，条纹整体向下平移 ，条纹间距不变 人类第一次有了测量光波波长的方法光的波动说的判定性实验(5)(5)菲涅耳双棱镜 双缝干涉(6)(6)菲涅耳双面镜 双缝干涉(7)(7)劳埃镜 反射光有半波损失！双缝干涉 例13-1 以单色光照射到相距为0、2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m、(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹的距离为7、5mm,求单色光的波长;(2)若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离、解 (1)(2)C解 计算波程差BA12 例13-2 如图 离湖面 处有一电磁波接收器位于 C，当一射电星从地平面渐渐升起时，接收器断续接收 到一系列极大值.已知射电星发射的电磁波波长为 ,求 第一次测到极大时，射电星的方位与湖面所成的角 .取 极大时 考虑半波损失时，附加波程差取 均可，符号不同，取值不同，对问题实质无影响.注意ACB12例题13-3 用薄云母片(n=1、58)覆盖在杨氏双缝的其中一条缝上,这时屏上的零级明纹移到原来的第七级明纹处。假如入射光波长为550nm,问云母片的厚度为多少？解:Poe原七级明纹P点处插入云母片后,P点为零级明纹dDSpSS1S2例13-4 杨氏双缝干涉试验条件作如下变,干涉条纹将作如何变化?(1)线光源S沿平行于S1,S2 连线方向作微小移动;(2)加大双缝间距;(3)把整套装置侵入水中。(1)此时S1,S2不再是同相位光源,0级中央明纹将从屏中央O点移开。中央明纹应在 之处屏上的干涉条纹整体向上平移。(2)依照d x(3)O整套装置侵入水中后的光程差为条纹变密五、薄膜干涉PLDC34E5A1B2两相干光的光程差光源1、等倾干涉分振幅法获得相干光 e f(1)(1)光程差取决于入射角等倾干涉倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹 半反半透iLS f屏幕(2)(2)条纹位置亮纹暗纹环中心的级次高膜变厚,外冒,条纹更密集;相邻条纹的光程差变化外密内疏膜变薄,内陷,条纹更稀疏透镜(3)(3)面光源 e f入射角 i 相同的光线汇聚在同一级干涉条纹上使用面光源图像更清楚(4)(4)透射光的干涉非相干叠加与反射光的图样互补薄膜202、增透膜和增反膜增增透透膜膜 在透镜表面镀一层厚度均匀的透明介质膜,使其上、下表面对某一特定波长的光,反射干涉相消,透射相长。如照相机镜头镀有增透膜 如图,氟化镁薄膜上、下表面的反射光束和干涉相消:增反膜增反膜:反射干涉相长,透射相消。取e氟化镁为增透膜21哈勃望远镜 哈勃望远镜在轨道上飞行,为了使它的温度改变量为最小,它的表面覆盖了高反射率金属膜。镜头颜色为什么发紫?观察肥皂液膜的干涉时,刚吹起的肥皂泡没有颜色,吹到一定大小时会看到彩色,其颜色随泡增大而改变,当彩色消失呈现黑色时,肥皂泡破裂,为什么？22例题13-5 空气中肥皂膜(n2=1、33),厚为0、32 m。如用白光垂直入射,问肥皂膜呈现什么色彩？解:2=567nm(黄光)可见光范围400760nm(1)(1)光程差半波损失情况依照具体情况决定通常,光垂直入射光程差随膜的厚度变化等厚干涉明纹暗纹3、等厚干涉 若薄膜两个表面不平行,便形成劈的形状,称为劈形膜。劈尖处是明纹依然暗纹？条纹间距等间距若用白光照射,结果如何？(2)(2)劈尖的等厚干涉明纹暗纹平移条纹条纹疏密情况不变改变楔角条纹楔角变大条纹变密劈尖变化对条纹的影响条纹向棱的方向移动条纹间距的变化相邻条纹的光程差相差一个波长25 例13-6 两块平玻璃板构成的劈尖干涉装置发生如下变化,干涉条纹将如何变化？(1)劈尖上表面缓慢向上平移;(2)棱不动,逐渐增大劈尖角;(3)两玻璃板之间注入水;(4)劈尖下表面上有下凹的缺陷。(1)依照干涉条纹整体地向棱的方向平移(2)ek相邻条纹之间膜的厚度差是而条纹间距:角增大,间距变小,条纹向棱密集。(3)条纹间距变小(4)棱26劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用1)干涉膨胀仪用来测定固体线膨胀系数劈形空气膜ABC图中B为被测固体。设温度为t0时,样品的长度为l0。t0时,k级暗纹t时,空气膜的厚度差:k级暗纹设条纹移动了N条膨胀系数27Lel薄膜厚度:条纹数 在半导体元件生产中,测定硅片上的二氧化硅薄膜厚度的常用方法是:将薄膜的一部分磨成劈形膜,通过观察垂直入射光在其上面产生的干涉条纹,计算出厚度。2)测膜厚28 3)检验光学元件表面的平整度 欲测一工件表面的平整度,将一平晶(特别平的标准玻璃)放在待测工件上,使期间形成空气劈尖,如图(a)示,现用波长 =500 nm的光垂直照射时,测得如图(b)示的干涉条纹。问(1)不平处是凸的依然凹的？(2)假如相邻条纹间距 b=2 mm,条纹的最大弯曲处与该条纹的距离 a=0、8 mm,则不平处的高度或深度是多少？ba(a)(b)29 解:等厚干涉中,每一条纹所在位置的空气膜具有同一厚度。条纹向右弯,则工件表面纹路是凸的。ba相邻两亮(或暗)条纹对应的空气隙厚度差baH30等厚干涉条纹劈尖不规则表面31白光入射单色光入射3 3、牛顿环平板玻璃平凸透镜明纹暗纹同心圆环,接触点为暗纹明纹(中心)半径暗纹(中心)半径S分束镜M显微镜可用来测光波波长、测透镜球面的半径(1)(1)暗环半径与 k 的平方根成正比条纹外密内疏等倾干涉条纹也是外密内疏(2)(2)越接近环中心,条纹级次越低等倾干涉环中心条纹级次高(3)(3)凸透镜略微上移,膜厚度变大,条纹内陷等倾干涉膜厚度变大,条纹外冒(4)(4)白光入射,同一级条纹,越大,半径 越大由紫到红的彩色条纹明纹与等倾干涉相反34例13-7 用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第 k 级明环的半径 ,k 级往上数第16 个明环半径 ，平凸透镜的曲率半径R=2.50m求:紫光的波长？解:依照明环半径公式:35 例13-8 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛顿环实验,测得第个 k 暗环的半径为5、63mm,第 k+5 暗环的半径为7、96mm,求平凸透镜的曲率半径R、解感谢您的聆听！感谢您的聆听！