平行平板的雙光束干涉PPT課件

1、1透鏡的等光程性 在干涉和衍射實驗中，常常用薄透鏡將平行光線會聚成一點，而不會引起附加的光程差，只能改變光波的傳播方向。 經(jīng)過主光軸的平行光匯聚到焦點，每條光線的光程相等。 經(jīng)過副光軸的平行光匯聚到焦點，每條光線的光程相等。 經(jīng)過副光軸的點光源發(fā)出的光匯聚到S點，每條光線的光程相等。第1頁/共24頁2一、 等傾干涉1i2iACDB212()ABBC nADn hiAB 2cos1siniACAD hiAC2tg2h222coshni 222222112cos2sinhnih nni)2( （明） m2 m（暗）321nnn =L2.1.4 2.1.4 分振幅干涉 321nnn 321nnnS1

2、 1、 等傾干涉相長與相消的條件P第2頁/共24頁31i1n2n3nhLS1、傾角相同的光線形成的干涉光光強相同。問題：1、透射光的干涉情況如何？2、透鏡換成眼睛能看到這些條紋嗎？2、所有的平行光匯聚在透鏡焦平面上的同一點。使條紋的對比度更高。3 、透鏡正放，焦面上條紋是一組同心圓。2 2、等傾干涉的特點第3頁/共24頁4條紋分析1 iii（） 隨 變化，條紋是的函數(shù)，只要相同，相同，為一條干涉條紋，稱為等傾干涉。干涉條紋為同心圓環(huán)。20 22oinhm中心（ ）光程差在 時最大，最高干涉級在中心。光程與條紋級數(shù)第4頁/共24頁511N31 1NnNqnhh （ ）條紋的角半徑 （條紋半徑對透

3、鏡中心的張角）說明平板厚度 越大，條紋角半徑越小，條紋越密。第5頁/共24頁6222224 2cos 2 2sin 1, 2sinnhmdnhddmdmmdnh （ ）條紋間隔光程與條紋級數(shù)相鄰條紋則有：其稱為條紋的角間距（相鄰條紋對透鏡中心的張角），易知，靠近中心的條紋較疏，離中心越遠條紋越密。第6頁/共24頁7122122112112 1 dnnddndnnncoscoscoscossinsin因為：變成將的關(guān)系與注意所以：1121121 2 2 sinsinsinefhnndfehnnd中央條紋寬，邊緣條紋窄。fe第7頁/共24頁8例題1白光照射空氣中的平行薄膜，已知白光照射空氣中的平行

4、薄膜，已知h=0.34 m，n=1.33 問：當視線與膜法線問：當視線與膜法線成成 60o 和和 30o 時觀察點各呈什么顏色時觀察點各呈什么顏色 ？hno60o302) 12(sin2122 minh12sin4122 minh260o1mi130o1mi解 minnh2sin212122nm6 .457 nm7 .558 第8頁/共24頁9例題2你知道肥皂泡上美麗的彩色花紋是如何形成的嗎？在白光照射下，肥皂泡的膜形成等傾干涉條紋。剛吹起肥皂液膜厚度較大，前后表面反射光光程差超過相干長度，不能干涉。隨著泡張大，膜厚減小，光程差小于相干長度后產(chǎn)生干涉，白光中反射加強成份顯色，顯色波長隨膜厚減小

5、而改變。當膜厚趨于零時，光程差只有半波損失引起的，各種顏色前后表面反射光的相干差都是/2時，反射相消，膜呈黑色，此時泡將破裂。第9頁/共24頁10例題3在比較復雜的光學系統(tǒng)中， 入射光的能量往往因多次反射而損失。例如，高級照相機的鏡頭有六、七個透鏡組成。反射損失的光能約占入射光能的一半，同時反射的雜散光還要影響成像的質(zhì)量。 常在鏡面上鍍一層厚度均勻的透明薄膜 ，利用薄膜干涉的性質(zhì)，控制光學原件的對光能的影響，通常有增透膜和高反膜第10頁/共24頁11二、 等厚干涉)10(311 nni22 hnhnhhhmm21 sin2hen第m條暗紋對應膜厚hm相鄰兩條紋中心間距厚度差 暗明2 mmhn2

6、 ）、暗（）、明 210321(2)12(mmmm劈尖薄膜的等厚干涉第11頁/共24頁12（適于平行光垂直入射）（適于平行光垂直入射）(1).(1). 當有半波損失時，在劈棱當有半波損失時，在劈棱 處為暗紋，處為暗紋， 否則為一亮紋；否則為一亮紋；(2).(2). 干涉條紋是平行于棱邊的直條紋干涉條紋是平行于棱邊的直條紋(3).(3). 相鄰明（暗）紋間距相鄰明（暗）紋間距0hne2(4). 楔角愈小，干涉條紋分布就愈稀疏楔角愈小，干涉條紋分布就愈稀疏等厚干涉條紋分布的特點：等厚干涉條紋分布的特點：劈尖表面附近形成的是一系列與棱邊平行的、明暗相間劈尖表面附近形成的是一系列與棱邊平行的、明暗相間

7、等距的直條紋。楔角愈小，干涉條紋分布就愈稀疏；當?shù)染嗟闹睏l紋。楔角愈小，干涉條紋分布就愈稀疏；當用白光照射時，將看到由劈尖邊緣逐漸分開的彩色直條用白光照射時，將看到由劈尖邊緣逐漸分開的彩色直條紋。紋。第12頁/共24頁13三三. . 等厚條紋的應用等厚條紋的應用劈尖的應用劈尖的應用ne2測波長：測波長：測折射率：測折射率：測細小直徑、厚度、微小變化測細小直徑、厚度、微小變化測表面不平度測表面不平度等厚干涉型的干涉系統(tǒng)統(tǒng)稱為斐索干涉儀。常用于光學零件表面質(zhì)量的檢查，按照測量對象分為：平面干涉儀和球面干涉儀第13頁/共24頁14第14頁/共24頁15(1)(1)檢測待測平面的平整度檢測待測平面的平

8、整度由于同一條紋下的空氣薄膜厚由于同一條紋下的空氣薄膜厚度相同，當待測平面上出現(xiàn)溝度相同，當待測平面上出現(xiàn)溝槽時條紋向左彎曲。槽時條紋向左彎曲。待測平面待測平面光學平板玻璃光學平板玻璃第15頁/共24頁16(2).(2).測量微小物體的厚度測量微小物體的厚度h將微小物體夾在兩薄玻璃將微小物體夾在兩薄玻璃片間，形成劈尖，用單色片間，形成劈尖，用單色平行光照射。平行光照射。Lh 由由ne2neLh2有有L第16頁/共24頁17例如用波長為例如用波長為589.3nm589.3nm的鈉黃光垂直照射長的鈉黃光垂直照射長 L L=20mm =20mm 的的空氣劈尖，測得條紋間距為空氣劈尖，測得條紋間距為m

9、1018.14neLh24391018.121020103 .589m1055第17頁/共24頁18(3). (3). 測量微小角測量微小角度度. . 例題例題 折射率為折射率為n n=1.60=1.60的兩塊平面玻璃板之間形成一空氣劈的兩塊平面玻璃板之間形成一空氣劈尖，用波長尖，用波長=600nm=600nm的單色光垂直照射，產(chǎn)生等厚干涉條紋，的單色光垂直照射，產(chǎn)生等厚干涉條紋，若在劈尖內(nèi)充滿若在劈尖內(nèi)充滿n n=1.40=1.40的液體，相鄰明紋間距縮小的液體，相鄰明紋間距縮小l l=0.5mm=0.5mm，求劈尖角求劈尖角。 nnlnl22222211)n(ll11221)11 (2nl

10、rad41072. 1解：解：設空氣劈尖時相鄰明紋間距為設空氣劈尖時相鄰明紋間距為l l1 1，液體劈尖時相鄰明紋，液體劈尖時相鄰明紋間距為間距為l l2 2，由間距公式，由間距公式第18頁/共24頁19(4) (4) 測量微小位移測量微小位移厚度每改變厚度每改變/2n/2n條紋平移一條條紋平移一條(5)(5)測介質(zhì)折射率測介質(zhì)折射率21lnl22第19頁/共24頁20例例 用等厚干涉法測細絲的直徑用等厚干涉法測細絲的直徑d d。取兩塊表面平整的取兩塊表面平整的玻璃板，左邊棱迭合在一起，將待測細絲塞到右棱邊間隙玻璃板，左邊棱迭合在一起，將待測細絲塞到右棱邊間隙處，形成一空氣劈尖。用波長處，形成

11、一空氣劈尖。用波長 0 0的單色光垂直照射，得等的單色光垂直照射，得等厚干涉條紋，測得相鄰明紋間距為厚干涉條紋，測得相鄰明紋間距為 L L，玻璃板長玻璃板長L L0 0，求細求細絲的直徑。絲的直徑。解：相鄰明紋的高度差解：相鄰明紋的高度差2200ne sin20L sin0Ldlldldl 2 2000 d第20頁/共24頁21例例在半導體器件生產(chǎn)中，為測定硅片上的在半導體器件生產(chǎn)中，為測定硅片上的Si0Si02 2薄膜厚薄膜厚度，將薄膜一側(cè)腐蝕成劈尖形狀，如圖。用鈉黃光從空度，將薄膜一側(cè)腐蝕成劈尖形狀，如圖。用鈉黃光從空氣中垂直照射到氣中垂直照射到Si0Si02 2表面上，在垂直方向上觀察表面上，在垂直方向上觀察Si0Si02 2劈尖劈尖膜的反射光干涉條紋，看到有膜的反射光干涉條紋，看到有七條七條暗紋，暗紋，第七條恰位于第七條恰位于N N處處，問薄膜的厚度？，問薄膜的厚度？解：解：4 . 3nsi3 5 . 1nsio22 MN相鄰暗紋間的膜厚之差相鄰暗紋間的膜厚之差2n2e 明、暗紋間的膜厚之差明、暗紋間的膜厚之差2n4e 故：故：12768n4n26e22 第21頁/共24頁22 （6）測凸透鏡的曲率半徑RhRr