第15章波动光学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上节课内容复习,一、相干现象、相干条件和相干光,A,、频率相同；,B,、振动方向相同；,C,、位相相同或位相差恒定。,二、相干明暗条纹的条件,加强：,减弱：,三、,普通光源获得相干光的途径,A,、分波面法,B,、分振幅法；,相干叠加和非相干叠加时的光强,四、杨氏,双缝干涉,A,、明暗纹中心的条件,X,B,、条纹特征,条纹等宽：,五、光程 光程差,光程,L,=,(,n,i,d,i,),光程差,=,L,2,- L,1,相位差和光程差的关系：,作业：,15-4,薄膜干涉（,一,）,等倾条纹,一,.,点光源照明时的干涉条纹分析,L,f,P,o,r,环,B,e,n,n,n n,i,r,A,C,D,2,1,S,i,i,i,光束,1,、,2,的光程差：,得,讨论：,1,、当入射角,i = 0,时：,明纹,暗纹,=,明纹,暗纹,2,、半波损失的条件,光从光疏媒质到光密媒质界面反射时，反射光和入射光,之间有相位,的突变。,则无半波损失，否则有半波损失。,对反射光的干涉：,若：,对透射光的干涉，产生半波损,失的条件与上相反。,3,、透射光的干涉,二,.,面光源照明时，,干涉条纹的分析,i,P,i,f,o,r,环,e,n,n,n n,面光源,只要入射角,i,相同，,都将汇聚在同一个,干涉环上（非相干叠加）,。,或,明纹,暗纹,倾角,i,相同的光线对应同,一条干涉条纹,等倾条纹,。,形状,:,条纹特点,:,一系列同心圆环,r,环,=,f,tg,i,条纹间隔分布,:,内疏外密,条纹级次分布,:,e,一定时,，,波长对条纹的影响,:,膜厚变化时,条纹的移动,：,三,.,应用：增透,(,射,),膜和增反射膜,L,f,P,o,B,e,n,n,n n,i,r,A,C,D,2,1,S,i,i,i,例： 一油轮漏的油（,n,2,=1.20,）污染了某海域，在海水（,n,3,=1.30,）的表面形成了一层厚度是,460nm,的薄膜，问若从其上空呈,60,0,俯角观察，油膜呈何颜色；而潜水员以同样仰角观察，油膜又呈何颜色？,解：由图可得：反射光的光程,差为：,反射光加强,（不可见）,（绿色）,（不可见）,为什么没有半波损失？,由图可得：透射光的光程差为：,透射光加强,（不可见）,（不可见）,（黄色）,即潜水员观察到的油膜呈黄色。,问题：此处为何有,半波损失？,例：在折射率,n,3,=1.52,的照相机镜头表面涂有一层折射率,n,2,=1.38,的,MgF,2,增透膜，若此膜仅适用于波长,=550nm,的光，则此膜的最小厚度是多少？,解：从图中可见：入射角为,0,0,要求透射光增强，即反射光减弱，,因此有：,15-5,薄膜干涉,(,二,),等厚条纹,一,.,劈尖（劈形膜）,夹角很小的两个平面所构成的薄膜,e,n,n,n,A,反射光,2,反射光,1,单色平行光,(,设,n,n,),S,1,2,1,、,2,两束反射光来自,同一 束入射光，它,们可以产生干涉 。,实际应用中,大都是平,行光,垂直入射,到劈尖上。,e,n,n,n,A,反射光,2,反射光,1,(,设,n,n,),A: 1,、,2,的光程差,明纹：,暗纹：,光程差可,简化为,图示情况计算。,考虑到劈尖,夹角极小,反射光,1,、,2,在膜面的,（,1,）、同一厚度,e,对应同一级条纹,等厚条纹。,条纹平行于棱。,说明：,（,2,）、两平面交界处,e=0 ,但,对应暗纹，证实半波损失确实存在。,明纹中心,暗纹中心,明纹,暗纹,（,3,）、任何两相邻的明条纹,或暗条纹中心所对应的劈尖厚,度之差为：,（,4,）、任何两相邻的明条纹或暗条纹中心之间的距离为：,e,e,k,e,k+1,明纹,暗纹,L,（,5,）、半波损失问题：,对,反射光,对透射光的干涉，产生半波损失的条件和反,射光正好相反。,问题：,1,、若劈尖的一边作如下变化，相应的条纹如何,变化？,2,、若劈尖条纹如图所示，问劈尖,的下平面对应处是凸还是凹？,每一条,纹对应劈尖,内的一个厚,度，当此厚,度位置改变,时，对应的,条纹随之移,动,.,三,.,等厚条纹的应用,1.,劈尖的应用,测波长：已知,、,n,，测,L,可得,测折射率：已知,、,，,测,L,可得,n,测细小直径、厚度、微小变化,h,待测块规,标准块规,平晶,测表面不平度,等厚条纹,待测工件,平晶,例：如图所示：将符合标准的轴承钢珠,a,、,b,和 待测的钢珠,c,一起放在两块平板玻璃之间，若入射光的波长,=580nm,，问钢珠,c,的直径比标准小多少？如距离不同，对测量结果是否有影响？,解：从图中可见，,c,钢珠比标准钢珠的直径小,7,个条纹对应的高度。,距离,d,增加对测量结果没,有影响。,复 习,1,、,薄膜,干涉,2,、,劈尖,干涉,作业：,24-1,、,2,、,4,、,11,、,12,；,25-1,、,2,、,4,、,9,、,10,、,11,。,=,明纹,暗纹,当入射角,i = 0,时：,明纹,暗纹,=,二,.,牛顿环,光程差：,(1),(,k,= 0, 1, 2, ),第,k,个,暗环半径,暗环：,忽略,e,2,得：,r,2,=2eR,明环：,(,k,= 1, 2, ),第,k,个,明,环半径,明环,暗环,说明：,1,、若牛顿环中充有介质,2,、对透射光的干涉牛顿环明、,暗环的半径公式与反射光的相反。,2.,牛顿环的应用,测透镜球面的半径,R,：,已知,测,m,、,r,k+m,、,r,k,，,可得,R,。,测波长,：,已知,R,，,测出,m,、,r,k+m,、,r,k,，,可得,。,检验透镜球表面质量,标准验规,待测透镜,暗纹,由暗环公式得：,问题：牛顿环上平凸透镜缓慢上移而远离平面玻璃时，干,涉条纹如何变化？,例：有三个半径分别为,R,1,、,R,2,、,R,3,的凸球玻璃表面，让它们两两（,R,1,和,R,2,、,R,2,和,R,3,、,R,3,和,R,1,相对的接触，形成牛顿环（如图所示） 。用,=546.1nm,的单色光垂直照射，测得三种组合的第,25,个亮环的半径,r,分别为,8.696mm,9.444mm,10.268mm,求这三个凸面的半径各为多少？,解：从图中可见，设：,同理可得：,无论哪种组合方式，对于,k=25,的亮环，均满足：,联立解得：,代入：,15-6,迈克耳逊干涉仪,一,.,仪器结构、光路,二,.,工作原理,光束,2,和,1,发生干涉,若,M,1,、,M,2,平行,等倾条纹,若,M,1,、,M,2,有小夹角,等厚条纹,G,1,的作用：分束,（分波阵面还是分振幅？）,G,2,的作用：补偿光程,M,1,2,2,1,1,S,半透半反膜,M,2,M,1,G,1,G,2,E,十字叉丝,等厚条纹,若,M,1,平移,d,时，干涉条移过,N,条，则有：,三,.,应用：,微小位移测量,测折射率,M,1,2,2,1,1,S,半透半反膜,M,2,M,1,G,1,G,2,E,光程差：,移动一个条纹对应,M,1,移动的距离：,例：在迈克耳逊干涉的实验中，若把折射率,n = 1.40,的薄膜放入仪器的一臂，如果产生了,7,条条纹的移动，设入射光的波长为,=589nm,，求膜的厚度？,解：设原两臂的光程分别是,l,1,l,2 ,，,依题意有：,把折射率是,n,，厚度是,d,的薄膜,放入仪器的一臂中，该臂的光,程是：,2,l,2,-2d+2nd,，,而相应,的条纹移动了,7,条。,n d,复 习,1,、,牛顿环,2,、,迈克耳逊干涉仪,作业：,25-3,、,25-5,、,25-11,、,27-1,、,27-5,。,明环,暗环,光的干涉,获得相干光的方法,光的干涉与相干条件,光程,光程差与相位差,