第12章-波動光學(xué)(1)[教育研究]

1、 12-1-1 微粒說與波動說之爭 牛頓的微粒說：牛頓的微粒說： 1704年，牛頓在出版的年，牛頓在出版的 光學(xué)光學(xué)一書中，指出光是一書中，指出光是 從發(fā)光體發(fā)出的，直線傳播從發(fā)光體發(fā)出的，直線傳播 的微粒。這種看法被稱為微的微粒。這種看法被稱為微 粒說。粒說。 光是由光源發(fā)出的微粒流。光是由光源發(fā)出的微粒流。 惠更斯的波動說：惠更斯的波動說： 光是一種波動。光是一種波動。 1690年，惠更斯在發(fā)表的論文年，惠更斯在發(fā)表的論文 光論光論中，從光與聲的某些相中，從光與聲的某些相 似性出發(fā)，認(rèn)為光是在以太介質(zhì)似性出發(fā)，認(rèn)為光是在以太介質(zhì) 中傳播的球面縱波。這就是惠更中傳播的球面縱波。這就是惠更 斯

2、的波動說。斯的波動說。 12-1-2 光的電磁本性 1801年，英國物理學(xué)家托馬斯年，英國物理學(xué)家托馬斯楊楊 （T. Young，1773-1829）首先利用首先利用 雙縫實驗觀察到了光的干涉條紋，雙縫實驗觀察到了光的干涉條紋， 從實驗上證實了光的波動性。從實驗上證實了光的波動性。 1865年，英國物理學(xué)家麥克斯韋從年，英國物理學(xué)家麥克斯韋從 他的電磁場理論預(yù)言了電磁波的存他的電磁場理論預(yù)言了電磁波的存 在，并認(rèn)為光就是一種電磁波。在，并認(rèn)為光就是一種電磁波。 電磁波譜電磁波譜 可見光的波長范圍：可見光的波長范圍： 400 nm 760 nm 具有一定頻率的光稱為具有一定頻率的光稱為單色光單色

3、光 各種頻率不同的光復(fù)合起來稱為各種頻率不同的光復(fù)合起來稱為復(fù)合光復(fù)合光 光的電磁理論光的電磁理論波動性波動性 干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振 光的量子理論光的量子理論粒子性粒子性 黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng) 光的本性光的本性 光具有波粒二象性光具有波粒二象性 粒子性粒子性 （牛頓微粒說）（牛頓微粒說） 波動性波動性 （惠更斯波動說）（惠更斯波動說） 反射、折射反射、折射反射、折射、干涉、衍射反射、折射、干涉、衍射 波粒二象性波粒二象性 粒子性粒子性 （愛因斯坦、康普（愛因斯坦、康普 頓光子說）頓光子說） 波動性波動性 （麥克斯韋、赫茲（麥克斯韋、赫茲 光的

4、電磁理論）光的電磁理論） 肥皂泡或光碟表面上的肥皂泡或光碟表面上的 彩色花紋，都是光的波彩色花紋，都是光的波 動特性所引發(fā)的一種現(xiàn)動特性所引發(fā)的一種現(xiàn) 象。象。 波動光學(xué)：波動光學(xué)：以光的波動特性為基礎(chǔ)，研究光的傳播以光的波動特性為基礎(chǔ)，研究光的傳播 及其規(guī)律的學(xué)科。及其規(guī)律的學(xué)科。 12-2-1 普通光源的發(fā)光機制 光源：光源：發(fā)光的物體。發(fā)光的物體。 處在基態(tài)電子處在基態(tài)電子 處在激發(fā)態(tài)電子處在激發(fā)態(tài)電子 原子模型 普通光源發(fā)光的兩個特點：普通光源發(fā)光的兩個特點： 間歇性：間歇性：各原子發(fā)光是各原子發(fā)光是 斷斷續(xù)續(xù)的，平均發(fā)光斷斷續(xù)續(xù)的，平均發(fā)光 時間時間 t 約為約為10-8秒，所秒，所

5、 發(fā)出的是一段長為發(fā)出的是一段長為 L =c t 的光波列。的光波列。 tcL 隨機性：隨機性：每次發(fā)光是隨機的，所發(fā)出各波列的振動每次發(fā)光是隨機的，所發(fā)出各波列的振動 方向和振動初相位都不相同。方向和振動初相位都不相同。 兩個獨立光源發(fā)出的光不可能產(chǎn)生干涉 干涉條件：干涉條件： 頻率相同，振動方向相同，有恒定的位相差。頻率相同，振動方向相同，有恒定的位相差。 相干光：相干光：能夠滿足干涉條件的光。能夠滿足干涉條件的光。 相干光源：相干光源：能產(chǎn)生相干光的光源。能產(chǎn)生相干光的光源。 激光光源是相干光源激光光源是相干光源 從普通光源獲得相干光的三種方法：從普通光源獲得相干光的三種方法： (1)

6、(1) 分波前法分波前法 當(dāng)從同一個點光源或線當(dāng)從同一個點光源或線 光源發(fā)出的光波到達(dá)某平面光源發(fā)出的光波到達(dá)某平面 時，由該平面時，由該平面( (即波前即波前) )上分上分 離出兩部分。楊氏雙縫干涉離出兩部分。楊氏雙縫干涉 就是采用了這種方法。就是采用了這種方法。 (2) (2) 分振幅法分振幅法 利用透明薄膜的上下兩利用透明薄膜的上下兩 個表面對入射光進(jìn)行反射，個表面對入射光進(jìn)行反射， 產(chǎn)生的兩束反射光或一束反產(chǎn)生的兩束反射光或一束反 射光與一束透射光。薄膜干射光與一束透射光。薄膜干 涉和邁克耳孫干涉儀等就采涉和邁克耳孫干涉儀等就采 用這種方法。用這種方法。 (3) (3) 分振動面法分振

7、動面法 利用某些晶體的雙折射性質(zhì)，可將一束光分利用某些晶體的雙折射性質(zhì)，可將一束光分 解為振動面垂直的兩束光。解為振動面垂直的兩束光。 12-2-2 楊氏雙縫實驗 設(shè)兩列光波的波動方設(shè)兩列光波的波動方 程分別為：程分別為： ) 2 cos( ) 2 cos( 2 22 1 11 r tAy r tAy 干涉極小 干涉極大時 122 22 12 12 12 12 k rr k rr 因為因為 21 干涉極小 干涉極大 2 ) 12( 12 12 krr krr 結(jié)論：結(jié)論：光干涉問題的關(guān)鍵在于計算波程差。光干涉問題的關(guān)鍵在于計算波程差。 1. 所經(jīng)路程之差為波長的整數(shù)倍，則在P點兩光 振動同相位

8、，振幅最大，干涉加強； 從從 S1和和 S2發(fā)出兩條光線在屏上某一點發(fā)出兩條光線在屏上某一點 P 疊加疊加 2. 兩列光波所經(jīng)路程之差為半波長的奇數(shù)倍，則在 P點兩光振動反相位，振幅最小，干涉削弱。 1 S 2 S d 2 r D P O x 1 r 1 S 2 S d sind sin 12 drr兩列光波的傳播距離之差：兩列光波的傳播距離之差： kdsin, 2 , 1 , 0k干涉加強 2 12sin kd , 2 , 1k 干涉減弱 角很小,dD D x tgsin 光干涉條件：光干涉條件： 加強, 2 , 1 , 0kk D x d 減弱, 3 , 2 , 1 2 12kk D x

9、d 1 S 2 S d 2 r D P O x 1 r 1 S 2 S d sind 干涉條紋在屏幕上的分布：干涉條紋在屏幕上的分布： , 2 , 1 , 0k d D kx 明紋： 屏幕中央（屏幕中央（k = 0）為中央明紋）為中央明紋 ), 2 , 1( 2 12k d D kx 暗紋： 其中其中 k 稱為條紋的稱為條紋的級數(shù)級數(shù) 0 1 2 3 4 5 -5 -4 -3 -2 -1 相鄰兩明紋或暗紋的間距： d D xxx kk 1 楊氏雙縫實驗的模擬動畫 l條紋位置和波長有關(guān)，不同波長的同一級亮條條紋位置和波長有關(guān)，不同波長的同一級亮條 紋位置不同。因此，如果用白光照射，則屏上紋位置不

10、同。因此，如果用白光照射，則屏上 中央出現(xiàn)白色條紋，而兩側(cè)則出現(xiàn)彩色條紋。中央出現(xiàn)白色條紋，而兩側(cè)則出現(xiàn)彩色條紋。 l條紋間距與波長成正比，因此紫光的條紋間距條紋間距與波長成正比，因此紫光的條紋間距 要小于紅光的條紋間距。要小于紅光的條紋間距。 說明：說明： 4 3 2 1 是否正確，應(yīng)該怎樣？ 明暗干涉條紋無明顯的分界線（光強變化） 明暗干涉條紋位置對應(yīng)光強的極大和極小的位置（中心） 2 cos4 2 II P I為原光強、 為二相干光的位相差。 222 0 2 0 2 0 2 021 2 2 2 1 2 2 cos4 2 cos1 4 cos22cos2 AIAA AAAAAAA )2,

11、1, 0(24 max kkII P )2, 1, 0() 12(0 min kkI P 時間相干性時間相干性 來自于原子輻射發(fā)光來自于原子輻射發(fā)光 的時間有限，所以波的時間有限，所以波 列有一定的長度列有一定的長度L。 0 L L 稱波列長度稱波列長度L為相干長度為相干長度。 顯然，時間相干性由光源的性質(zhì)決定。顯然，時間相干性由光源的性質(zhì)決定。 氦氖激光的時間相干性遠(yuǎn)比普通光源好。氦氖激光的時間相干性遠(yuǎn)比普通光源好。 氦氖激光氦氖激光 ，波長，波長632.8nm，相干長度相干長度 40 102m 因為波列長度因為波列長度 ，所以相干長度所以相干長度 L也也 可以用可以用 來描述，稱它為相干時

12、間，由它決來描述，稱它為相干時間，由它決 定的相干性為時間相干性。定的相干性為時間相干性。 t tcL 鈉鈉Na光，波長光，波長589.6nm，相干長度相干長度 3.410-2m 例例1.1. 楊氏雙縫的間距為楊氏雙縫的間距為0.2 mm，距離屏幕為，距離屏幕為1m。 1. 若第一到第四明紋距離為若第一到第四明紋距離為7.5mm，求入射光波長。，求入射光波長。 2. 若入射光的波長為若入射光的波長為600 nm，求相鄰兩明紋的間距。，求相鄰兩明紋的間距。 , 2 , 1 , 0kk d D x 14144, 1 kk d D xxx nm500m105 14 105 . 7 1 102 . 0

13、 7 33 14 4, 1 kk x D d mm3m103 102 . 0 1061 3 3 7 d D x 解解 m400 1 S 2 S 例例2. 無線電發(fā)射臺的工作頻率為無線電發(fā)射臺的工作頻率為1500kHz，兩根相，兩根相 同的垂直偶極天線相距同的垂直偶極天線相距400m，并以相同的相位作電，并以相同的相位作電 振動。試問：在距離遠(yuǎn)大于振動。試問：在距離遠(yuǎn)大于400m的地方，什么方向的地方，什么方向 可以接受到比較強的無線電信號？可以接受到比較強的無線電信號？ 30 30 解解 m200 s101.5 sm103 16 18 c 2400 200 sin kk d k 90,30,0

14、 取 k = 0，1，2 得得 1 1、半波損失、半波損失 當(dāng)光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，在界面上發(fā)生反射當(dāng)光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，在界面上發(fā)生反射 時，在反射點處反射光的光矢量相對于入射光光矢量的相位時，在反射點處反射光的光矢量相對于入射光光矢量的相位 發(fā)生大小為發(fā)生大小為 的突變。的突變。 當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，在界面上發(fā)生反射當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，在界面上發(fā)生反射 時，不發(fā)生相位時，不發(fā)生相位突變。突變。 有半波損失無半波損失 2、干涉圖像的特點、干涉圖像的特點 與楊氏實驗比較：與楊氏實驗比較： 亮暗條紋的位置正好互換。亮暗條紋的位置正好互換。 只有上半部分的干涉圖像。只有上

15、半部分的干涉圖像。 12-2-3 光程 設(shè)光在折射率為設(shè)光在折射率為 n 的介質(zhì)中傳播的幾何路程為的介質(zhì)中傳播的幾何路程為 r 。 包含的完整波個數(shù)包含的完整波個數(shù): n rn n 真空中的幾何路程：真空中的幾何路程： nr r n 光程：光程：光在介質(zhì)中傳播的幾何路程光在介質(zhì)中傳播的幾何路程 r 與該介質(zhì)折與該介質(zhì)折 射率射率 n 的乘積的乘積 nr 。 光程的物理意義：光程的物理意義：光在媒質(zhì)中經(jīng)過的路程折算到光在媒質(zhì)中經(jīng)過的路程折算到 同一時間內(nèi)在真空中經(jīng)過的相應(yīng)路程。同一時間內(nèi)在真空中經(jīng)過的相應(yīng)路程。 光干涉的一般條件：光干涉的一般條件： 暗紋 明紋 , 3 , 2 , 1 2 12

16、, 2 , 1 , 0 1122 1122 kkrnrn kkrnrn 從物點發(fā)出的不同光從物點發(fā)出的不同光 線，經(jīng)不同路徑通過薄透鏡線，經(jīng)不同路徑通過薄透鏡 后會聚成為一個明亮的實后會聚成為一個明亮的實 像像 ，說明從物點到像點，說明從物點到像點， 各光線具有相等的光程。各光線具有相等的光程。 透鏡不引起額外的光程差透鏡不引起額外的光程差 平行于透鏡主光軸的平行光平行于透鏡主光軸的平行光 會聚在焦點會聚在焦點F，從波面，從波面A上各上各 點到焦點點到焦點F的光線，的光線，A1F、 A2F、A3F，是等光程的。，是等光程的。 S S 平行于透鏡副光軸的平行光平行于透鏡副光軸的平行光 會聚于后焦

17、面上會聚于后焦面上F ，從波，從波 面面B上各點到上各點到F 的光線的光線 B1F 、 B2F 、B3F ，是等光程的。，是等光程的。 點光源點光源S發(fā)出球面波經(jīng)透鏡發(fā)出球面波經(jīng)透鏡 后成為聚向像點后成為聚向像點S的球面的球面 波，波，S的波面的波面C上的各點到上的各點到 像點像點S 的光線的光線C1 S 、C2 S 、 C3 S ，是等光程的。，是等光程的。 影響條紋寬度的因素：影響條紋寬度的因素： 楊氏雙縫干涉的討論楊氏雙縫干涉的討論: d D x d x 1 （1 1）雙縫間距）雙縫間距 （2 2）光波的波長）光波的波長 d D x x （3 3）屏與縫間距）屏與縫間距 d D x Dx

18、 楊氏雙縫干涉的討論楊氏雙縫干涉的討論: 在縫后加一薄玻璃片，觀察條紋的移動。在縫后加一薄玻璃片，觀察條紋的移動。 d s s1 s2 P O D x r1 r2 12 rr 楊氏雙縫干涉的討論楊氏雙縫干涉的討論: 在縫后加一薄玻璃片，觀察條紋的移動。在縫后加一薄玻璃片，觀察條紋的移動。 d s s1 s2 P O D x r1 r2 薄玻璃片蓋住上縫時：則薄玻璃片蓋住上縫時：則 條紋上移條紋上移 )( 12 neerr 楊氏雙縫干涉的討論楊氏雙縫干涉的討論: 在縫后加一薄玻璃片，觀察條紋的移動。在縫后加一薄玻璃片，觀察條紋的移動。 d s s1 s2 P O D x r1 r2 薄玻璃片蓋住

19、下縫時：則薄玻璃片蓋住下縫時：則 條紋下移條紋下移 12 )(rneer 楊氏雙縫干涉的討論楊氏雙縫干涉的討論: 上下移動光源時，觀察條紋的移動。上下移動光源時，觀察條紋的移動。 d s s1 s2 P O D x r1 r2 sind 楊氏雙縫干涉的討論楊氏雙縫干涉的討論: 上下移動光源時，觀察條紋的移動。上下移動光源時，觀察條紋的移動。 s s1 s2 P O D x r1 r2 向上移動光源時，則：向上移動光源時，則： 條紋下移條紋下移 sinsindd 楊氏雙縫干涉的討論楊氏雙縫干涉的討論: 上下移動光源時，觀察條紋的移動。上下移動光源時，觀察條紋的移動。 s s1 s2 P O D

20、x r1 r2 條紋上移條紋上移 向下移動光源時，則：向下移動光源時，則： sinsindd 例例3.3. 用薄云母片（用薄云母片（n = 1.58）覆蓋在楊氏雙縫的其）覆蓋在楊氏雙縫的其 中一條縫上，這時屏上的零級明紋移到原來的第七中一條縫上，這時屏上的零級明紋移到原來的第七 級明紋處。如果入射光波長為級明紋處。如果入射光波長為550 nm，問云母片，問云母片 的厚度為多少？的厚度為多少？ 解：解：P 點為七級明紋位置點為七級明紋位置 7 12 rr 插入云母后，插入云母后，P點為零級明紋點為零級明紋 0 12 nddrr 17nd m106 . 6 158. 1 105507 1 7 6

21、9 n d P 0 1 r 2 r d 1 s 2 s 解二：解二： m106 . 6 158. 1 105507 1 7 6 9 n d P 0 1 r 2 r d 1 s 2 s 71 nd 入射光到達(dá)薄膜表面被分解為反射 光和折射光。折射光經(jīng)下表面反射和上 表面的折射，回到上表面上方的空間， 與上表面的反射光交疊而發(fā)生干涉。 因反射光和折射光都只攜帶了入射 光的一部分能量，而能量與振幅的平方 成正比，所以利用界面將入射光分解而 獲得相干光束的方法屬于分振幅法。 薄膜干涉一般分為兩類，即等傾干 涉和等厚干涉。 討論干涉的一般方法：討論干涉的一般方法： （1）找出干涉的兩束相干光）找出干涉的

22、兩束相干光 （2）找出干涉地點（以便計算光程）找出干涉地點（以便計算光程） （3）計算兩相干光的光程差）計算兩相干光的光程差 （4）列出明、暗紋的干涉條件）列出明、暗紋的干涉條件 12-3-1 等傾干涉 n1 n2 n1 n2 d 1 2 A B C D Q PiACADsin itgrdsin2 r d BCAB cos i i r 光程差：光程差： ADnBCABn 12 )( 1 2 sin2 cos 2 nitgrd r nd )sinsin( cos 2 12 irnn r d r n n isinsin 1 2 )sin1 ( cos 2 2 2 r r dn rdncos2 2

23、n1 n2 d 1 2 A B C D Q P i i r n3 rnndrdn 22 2 2 22 sin2cos2 innd 22 1 2 2 sin2 薄膜干涉條件：薄膜干涉條件： kinnd 2 sin2 22 1 2 2 , 2 , 1k 1 干涉加強：干涉加強： 2 ) 12( 2 sin2 22 1 2 2 kinnd, 2 , 1 , 0k 2 干涉減弱：干涉減弱： 若無半波損失時括號內(nèi)的若無半波損失時括號內(nèi)的 不要加不要加 。 2 等傾干涉：等傾干涉：條紋級次取決于入射角的干涉。條紋級次取決于入射角的干涉。 n1 n2 d 1 2 A B C D Q P i i r n1 3

24、 4 G F 透射光的干涉：透射光的干涉： 干涉加強 k innd 22 1 2 2 sin2 干涉減弱 2 ) 12( sin2 22 1 2 2 k innd 是否有半波損失？ 薄膜干涉的分類：薄膜干涉的分類： ) 2 (sin2 22 1 2 2 innd 改變改變 d 及及 i 可以改變光程差可以改變光程差 1、等傾干涉、等傾干涉 當(dāng)當(dāng) 僅有入射角的不同而引起的干涉條紋叫等傾僅有入射角的不同而引起的干涉條紋叫等傾 干涉。因為對應(yīng)同一入射角干涉。因為對應(yīng)同一入射角i，有一條干涉條紋。，有一條干涉條紋。 2、等厚干涉、等厚干涉 當(dāng)當(dāng) 僅有厚度的不同而引起的干涉條紋叫等厚干僅有厚度的不同而引

25、起的干涉條紋叫等厚干 涉。因為對應(yīng)同一厚度的地方形成同一條干涉條紋。涉。因為對應(yīng)同一厚度的地方形成同一條干涉條紋。 等傾干涉條紋觀察裝置等傾干涉條紋觀察裝置 干涉條紋干涉條紋 特點：傾角相同的光線對應(yīng)同一條干涉條紋特點：傾角相同的光線對應(yīng)同一條干涉條紋 等傾干涉條紋是一組內(nèi)疏外密的同心圓環(huán)，越向內(nèi)，級等傾干涉條紋是一組內(nèi)疏外密的同心圓環(huán)，越向內(nèi)，級 次越高。入射角減小，圓半徑減小。次越高。入射角減小，圓半徑減小。 kinnd) 2 (sin2 22 1 2 2 例例4. 用波長為用波長為550nm的黃綠光照射到一肥皂膜上，的黃綠光照射到一肥皂膜上， 沿與膜面成沿與膜面成60角的方向觀察到膜面最

26、亮。已知肥角的方向觀察到膜面最亮。已知肥 皂膜折射率為皂膜折射率為1.33，求此膜至少是多厚？若改為垂，求此膜至少是多厚？若改為垂 直觀察，求能夠使此膜最亮的光波長。直觀察，求能夠使此膜最亮的光波長。 解解 d 60 空氣折射率空氣折射率n1 1，肥皂膜，肥皂膜 折射率折射率n2 = 1.33。i = 30 kinnd 2 sin2 22 1 2 2 反射光加強條件：反射光加強條件： inn k d 22 1 2 2 sin2 2 解得解得 肥皂膜的最小厚度（肥皂膜的最小厚度（k = 1） inn d 22 1 2 2 sin4 m1022. 1 30sin133. 14 m10550 7 2

27、22 9 垂直入射：垂直入射： kdn 2 2 2 2 1 2 2 k dn 1 = 649.0 nm （k = 1） 紅紅 2 = 216.3 nm （k = 2） 不可見光不可見光 例例5. 平面單色光垂直照射在厚度均勻的油膜上，油膜平面單色光垂直照射在厚度均勻的油膜上，油膜 覆蓋在玻璃板上。所用光源波長可以連續(xù)變化，觀察覆蓋在玻璃板上。所用光源波長可以連續(xù)變化，觀察 到到500 nm與與700 nm 兩波長的光在反射中消失。油膜的兩波長的光在反射中消失。油膜的 折射率為折射率為1.30，玻璃折射率為，玻璃折射率為1.50，求油膜的厚度。，求油膜的厚度。 解：解： 2 ) 12(2 1 1

28、 kdn 2 1) 1(22 2 1 kdn 2 ) 12( 2 ) 12( 21 kk 3k mm1073. 6 4 d n1 n2 解二：解二： 2 122 1 11 kdn n1 n2 2 ) 12( 2 ) 12( 2 2 1 1 kk 2/700) 12(2/500) 12( 21 kk 2 122 2 21 kdn 32 175 7) 12(5) 12( 12 21 21 kk kk kk 求整數(shù)解：求整數(shù)解： 1 11 1 11 4 ) 12( 2 ) 12(2 n k d kdn nm673 30. 14 500132 mm1073. 6 4 d 3 1 k 增透膜增透膜 在透

29、鏡表面鍍一層厚度均勻的透明介質(zhì)膜，使在透鏡表面鍍一層厚度均勻的透明介質(zhì)膜，使 其上、下表面對某種色光的反射光產(chǎn)生相消干涉，其結(jié)果是其上、下表面對某種色光的反射光產(chǎn)生相消干涉，其結(jié)果是 減少了該光的反射，增加了它的透射。減少了該光的反射，增加了它的透射。 照相機鏡頭照相機鏡頭眼鏡眼鏡 透鏡鍍膜透鏡鍍膜 薄膜干涉的應(yīng)用薄膜干涉的應(yīng)用 增透膜增透膜 2 ) 12(2 o knd 反射光干涉相消條件：反射光干涉相消條件： n = 1.38 n2 = 1.5 n1=1.0 n d o 4 最薄的膜層厚度（最薄的膜層厚度（k = 0）為：）為： 激光器諧振腔激光器諧振腔宇航服宇航服 增反膜增反膜 利用薄膜

30、干涉原理，使薄膜上、下表面對某種利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下表面對某種 色光的反射光發(fā)生相長干涉，其結(jié)果是增加了該光的反射，色光的反射光發(fā)生相長干涉，其結(jié)果是增加了該光的反射， 減少了它的透射。減少了它的透射。 d n L 12-3-2 等厚干涉 一一 劈形膜干涉劈形膜干涉 n d 說明：說明： 1. 條紋級次條紋級次 k 隨著劈尖的厚度而變化，因此這種干涉隨著劈尖的厚度而變化，因此這種干涉 稱為稱為等厚干涉等厚干涉。條紋為一組平行與棱邊的平行線。條紋為一組平行與棱邊的平行線。 2 . 由于存在半波損失，棱邊上為零級暗紋。由于存在半波損失，棱邊上為零級暗紋。 kdn 2 2 , 2 , 1k

31、 加強：加強： 2 ) 12( 2 2 kdn , 2 , 1 , 0k 相消：相消： kndk 2 2 ) 1( 2 2 1 knd k 相鄰條紋所對應(yīng)的厚度差：相鄰條紋所對應(yīng)的厚度差： n ddd kk 2 1 n d 2 d k d 1k d l sin2n l 相鄰條紋間的距離：相鄰條紋間的距離： L n l n L d2 l nl L d 2 N n d 2 薄膜厚度：薄膜厚度： l L N 條紋數(shù)條紋數(shù) nll d L d tg 2 sin ? 1 l L 應(yīng)用一應(yīng)用一 薄膜厚度的測量薄膜厚度的測量 kd 2 2 )( 2 )(2kkdd kd 2 說明 k反映了偏離直線條紋的程度

32、。反映了偏離直線條紋的程度。 應(yīng)用二應(yīng)用二 光學(xué)表面檢查光學(xué)表面檢查 d d 若因畸變使某處移動了一若因畸變使某處移動了一 個條紋的距離，個條紋的距離， k=1=1，則，則 k-1 k k+1 表面凸起表面凸起 k e 1k e k-1 k k+1 表面凹陷表面凹陷 2 d kd 2 討論：討論： 1、 越小越小 ，條紋間距，條紋間距 越大。當(dāng)越大。當(dāng) 太大時，因條紋太密而太大時，因條紋太密而 觀察不到。觀察不到。 l 2、因等厚關(guān)系，條紋平行于劈尖棱邊的直條紋，如果玻璃不、因等厚關(guān)系，條紋平行于劈尖棱邊的直條紋，如果玻璃不 平整，條紋將彎曲。平整，條紋將彎曲。 3、 不變，改變膜厚對條紋的影

33、響不變，改變膜厚對條紋的影響 條紋間距不變，但要移動。條紋間距不變，但要移動。 4、 變化對條紋的影響變化對條紋的影響 增大，條紋變密，且縮向棱邊增大，條紋變密，且縮向棱邊 減小，條紋變疏，且離開棱邊減小，條紋變疏，且離開棱邊 例例6. 有一玻璃劈尖，夾角有一玻璃劈尖，夾角 = 8 10-5 rad，放在空氣，放在空氣 中。波長中。波長 = 0.589 m 的單色光垂直入射時，測得相的單色光垂直入射時，測得相 鄰干涉條紋的寬度為鄰干涉條紋的寬度為 l = 2.4 mm，求玻璃的折射率。，求玻璃的折射率。 解：解： nll d 2 l n 2 53. 1 104 . 21082 1089. 5 35 7 n l d n d 2 二、牛頓環(huán)二、牛頓環(huán) 牛頓環(huán)的特點： 干涉條紋是以平 凸透鏡與平面玻璃板 的接觸點為圓心的明 暗相間的圓環(huán)，中心 為暗點；條紋間距不 相等，且內(nèi)疏外密。 是一種薄膜等厚干涉是一種薄膜等厚干涉 r d o 薄膜的上表面為球面薄膜的上表面