物理学19干涉市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.2 20.2 薄膜干涉薄膜干涉第二种取得相干光方法第二种取得相干光方法-分振幅法分振幅法 I1、I2 两条反射光线来自同两条反射光线来自同一入射光线，满足相干条件。一入射光线，满足相干条件。两条光线光程差与厚度两条光线光程差与厚度 e 和入和入射角射角 相关。相关。分振幅法分振幅法等厚干涉等厚干涉-e 改变改变等倾干涉等倾干涉-改变改变薄膜干涉薄膜干涉-媒质厚度媒质厚度 e 很小情况。很小情况。第第1页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第2页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.2.1 20.2.1 劈尖干涉劈尖干涉1、劈尖组成、劈尖组成棱边棱边两条反射线两条反射线 b1、b2对于空气劈尖：对于空气劈尖：b1 无半波损失无半波损失 b2 有半波损失有半波损失式中式中 n 为空气折射率为空气折射率光程差光程差劈尖角劈尖角第第3页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学暗条纹中心暗条纹中心明条纹中心明条纹中心 为一系列平行于棱边等间距平行条纹；每条明纹或暗纹为一系列平行于棱边等间距平行条纹；每条明纹或暗纹与一定薄膜厚度与一定薄膜厚度 e 相对应，因而称为相对应，因而称为等厚条纹等厚条纹。棱边处为暗条纹：棱边处为暗条纹：干涉图样：干涉图样：2、劈尖干涉条纹、劈尖干涉条纹第第4页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学暗条纹间距：暗条纹间距：第第5页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第6页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学艾萨克艾萨克艾萨克艾萨克 牛顿牛顿牛顿牛顿(英英英英)1642.12.24-1727.03.201642.12.24-1727.03.2020.2.2 20.2.2 牛顿环干涉牛顿环干涉牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样第第7页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学牛顿环组成及干涉图样牛顿环组成及干涉图样平板玻璃、平凸透镜平板玻璃、平凸透镜R 平凸透镜曲率半径平凸透镜曲率半径r 透镜半径透镜半径e 两块透镜间空气层厚度两块透镜间空气层厚度单色平行光垂直入射，形成两单色平行光垂直入射，形成两条反射光，满足相干条件。条反射光，满足相干条件。第第8页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学暗环纹暗环纹明环纹明环纹明暗相间同心圆环，里明暗相间同心圆环，里疏外密。疏外密。干涉图样干涉图样:形成中心暗斑形成中心暗斑明环条纹半径：明环条纹半径：第第9页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学暗环纹之间距离：暗环纹之间距离：牛顿环条纹特点：牛顿环条纹特点：1、同心圆环，、同心圆环，k 大、大、r 大大2、内疏外密，、内疏外密，k 大、大、r 小小3、反射光干涉条纹，中心为暗斑、反射光干涉条纹，中心为暗斑 透射光干涉条纹，中心为亮斑透射光干涉条纹，中心为亮斑暗环条纹半径：暗环条纹半径：第第10页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.2.3 20.2.3 薄膜光学薄膜光学-增透膜、增反膜增透膜、增反膜薄膜光学是薄膜光学是 20 世纪世纪 60 年代兴起一门应用光学技术。年代兴起一门应用光学技术。生活中例子：生活中例子：水面上油膜、肥皂泡在阳光下展现漂亮水面上油膜、肥皂泡在阳光下展现漂亮彩色彩色。上述现象是因为薄膜干涉形成。上述现象是因为薄膜干涉形成。启启 示：示：不一样薄膜厚度，可将特定波长反射光加强或减弱不一样薄膜厚度，可将特定波长反射光加强或减弱!当代技术应用当代技术应用-真空镀膜技术真空镀膜技术玻璃玻璃镀膜镀膜空气空气称为低膜称为低膜称为高膜称为高膜第第11页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学真空镀膜技术真空镀膜技术适当选取适当选取能够使得某种波长光能够使得某种波长光b1、b2 相互加强相互加强c1、c2 相互减弱相互减弱增反膜增反膜b1、b2 相互减弱相互减弱c1、c2 相互加强相互加强增透膜增透膜光能量：光能量：入射入射=反射反射+透射透射+吸收吸收一些场所希望透射光加强，一些场所希望透射光加强，比如：各种摄像镜头；比如：各种摄像镜头；一些场所希望反射光加强，一些场所希望反射光加强，比如：高档轿车车窗。比如：高档轿车车窗。第第12页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学1、增透膜、增透膜b1、b2 都有半波损失都有半波损失反射光光程差：反射光光程差：反射光最弱反射光最弱理论上能够证实，当理论上能够证实，当 时时c1 无半波损失，无半波损失，c2 有半波损失，透射光满足加强条件：有半波损失，透射光满足加强条件：选取材料：选取材料：第第13页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第14页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学2、增反膜、增反膜试验表明：试验表明：越大、反射越强越大、反射越强实际采取实际采取 ZnSb1 有半波损失，有半波损失，b2 无半波损失无半波损失反射光加强反射光加强透射光减弱透射光减弱第第15页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第16页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.2.4 20.2.4 等倾干涉等倾干涉平行光垂直入射，平行光垂直入射，入射角不变入射角不变；两条反射光线光程差随两条反射光线光程差随薄膜厚度改变薄膜厚度改变；每一条干涉条纹与一定薄膜厚度相对应。每一条干涉条纹与一定薄膜厚度相对应。薄膜厚度均匀薄膜厚度均匀，e 为常量；为常量；两条反射光线光程差随光线两条反射光线光程差随光线入射角改变入射角改变；每一条干涉条纹与一定光线入射角相对应。每一条干涉条纹与一定光线入射角相对应。等厚干涉等厚干涉等倾干涉等倾干涉第第17页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第18页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学明条纹明条纹暗条纹暗条纹式中式中 都是常量，只有入射角都是常量，只有入射角 i 是变量是变量倾角相同入射光线，反射光线光程差相等；倾角相同入射光线，反射光线光程差相等；或者说，对于同一级干涉条纹，各点对应同一倾角；或者说，对于同一级干涉条纹，各点对应同一倾角；所以，称为所以，称为等倾条纹等倾条纹。因为：因为：第第19页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第20页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第21页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.3 20.3 干涉仪及其应用干涉仪及其应用 利用光干涉原理制成仪器有很各种，其中迈克尔逊干涉利用光干涉原理制成仪器有很各种，其中迈克尔逊干涉仪最含有代表性，其它干涉仪能够看成是迈克尔逊干涉仪仪最含有代表性，其它干涉仪能够看成是迈克尔逊干涉仪变种。变种。20.3.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪 在相互垂直两臂上安装两块在相互垂直两臂上安装两块精密磨光平面镜精密磨光平面镜 M1、M2M1 位置固定、方向可调位置固定、方向可调M2 方向固定、位置固定在精密丝方向固定、位置固定在精密丝杠上杠上(精度精度 100 nm)，位置可调，位置可调第第22页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学光源放在光源放在 S 点，在点，在 E 点能够产生干涉条纹；点能够产生干涉条纹；使用材料与使用材料与G1 完全相同；完全相同；其作用是使两束光都三次其作用是使两束光都三次经过玻璃板，从而消除玻经过玻璃板，从而消除玻璃板对各种波长光程差影璃板对各种波长光程差影响。响。G2 赔偿镜赔偿镜G1 半反射镜半反射镜50%反射，反射，50%透射透射因而干涉图样相当于因而干涉图样相当于 之间空气膜产生。之间空气膜产生。因为因为 G1 反射，反射，M1 反射光线如同反射光线如同 反射一样；反射一样；第第23页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第24页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学不平行时，为等厚不平行时，为等厚(劈尖劈尖)条纹；条纹；平行时，为等倾条纹；平行时，为等倾条纹；M2 前后移动前后移动 距离，距离，改变改变 ，干涉条纹移动一条；，干涉条纹移动一条；M2 移动距离移动距离 d,条纹移动条纹移动 N 条条用于精密测量，已知二者求其三用于精密测量，已知二者求其三两光路光程差两光路光程差第第25页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第第26页页第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学例题例题-1一透明介质，一透明介质，n=1.4，放在迈克耳逊干涉仪一臂上，加，放在迈克耳逊干涉仪一臂上，加入介质前后条纹移动入介质前后条纹移动 7 条。条。已知：已知：求：透明介质厚度求：透明介质厚度解：加入介质前解：加入介质前加入介质后加入介质后光程差改变光程差改变第第27页页