第二章 光的干涉與干涉儀

第二章光的干涉與干涉儀一、光波干涉基本理論1、當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)光波在空間某區(qū)域疊加時(shí)，在疊加區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的各點(diǎn)強(qiáng)度穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布現(xiàn)象稱(chēng)為光波干涉。2、干涉系統(tǒng)的三要素為光源、干涉裝置、干涉場(chǎng)。光波相干的必要條件有頻率相同_、位相差恒定、非正交偏振光。光波相干的補(bǔ)充條件有兩列光波的光程差小于光波的波列長(zhǎng)度、兩列光波的振幅不能相差太大。3、將一個(gè)光波分離成兩個(gè)相干光波，常用的方法有分波陣面法、分振幅法讓光波通過(guò)并排的兩個(gè)小孔或利用反射和折射的方法把光波的波前分割為兩個(gè)部分的方法禰為：分波前法。利用兩個(gè)部分反射的表面通過(guò)振幅分割產(chǎn)生兩個(gè)反射光波或兩個(gè)透射光波的方法稱(chēng)為：分振幅法。典型的分波前干涉實(shí)驗(yàn)有楊氏干涉實(shí)驗(yàn)、菲涅爾雙面鏡、菲涅爾雙棱鏡等。典型的分振幅干涉實(shí)驗(yàn)有等傾干涉、等厚干涉。4、3.在相同時(shí)間內(nèi)，同一單色光在空氣和在玻璃中,A.傳播的路程相等、光程相等.B,傳播的路程相等、光程不相等.二傳播的路程不相等、光程相等，D,傳播的路程不相等、光程不相等心二、雙光束干涉一分波前干涉、分振幅干涉1、分波前干涉---楊氏干涉1、楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中，兩縫后各置一個(gè)完全相同的偏振片，其偏振化方向與縫呈90。和0°角，則屏上干涉條紋，平均亮度。2、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰亮條紋和暗條紋的間隔與下列哪一種因素?zé)o關(guān)。A、干涉級(jí)次B、光波長(zhǎng)C、屏幕到雙縫的距離。、雙縫的間隔3、

在楊氏干涉實(shí)驗(yàn)中，分別調(diào)整幕距、波長(zhǎng)或雙孔距離時(shí)，干涉條紋間距會(huì)發(fā)生什么變化？屏幕遠(yuǎn)移?波長(zhǎng)變大，雙孔距離不變，則干涉條紋間距變?。黄聊徊粍?dòng)，波長(zhǎng)變大，雙孔距離變小，則干涉條紋間距變??；屏幕近移，波長(zhǎng)不變，雙孔距離變大，則干涉條紋間距變?。阂陨隙疾粚?duì).4、兩個(gè)相同的相|點(diǎn)光源S1和S2.發(fā)出波氏為X的光，A是它們連線的中.線I??的點(diǎn)?若SI馬A之間插入叩度為c.折射率為n的玻璃片.則四光源發(fā)出的'0\'點(diǎn).的咒程X：和對(duì)應(yīng)的+IIW星分別為()(n-1)e和2兀(11-1)e/XB.ne和2nne:\C.(n+1)e和27t(n+l)e/XD.2(n-1)e和47t(n-l)e/X5、干涉場(chǎng)中點(diǎn)P附近的條紋清晰度采用來(lái)最度，即6、影響干涉條紋可見(jiàn)度的主要因素有兩相干光束的振幅比、()和()。光波干涉場(chǎng)中的空間相干性與()有關(guān)，時(shí)間相干性與()有關(guān)。7、兩列相干波的振幅比為4、1.5和0.2時(shí)，干涉條紋對(duì)比度分別是,、―8、刻畫(huà)光源空間相千性的物理量是.A.相干長(zhǎng)度B.相干時(shí)間A.相干長(zhǎng)度B.相干時(shí)間C.相干面積D.光源面積兩孔9、寬度為b的擴(kuò)展光源照明，光波場(chǎng)的橫向相干寬度為dt兩孔的距離為d，光源的臨界寬度為bAx10、光譜寬度為A2的準(zhǔn)單色光源，能產(chǎn)生干涉條紋的最大光程差稱(chēng)為相干長(zhǎng)度，為AmaxX2Ax11、氟同位素橙黃色譜線波長(zhǎng)為605nm，譜線寬度為Av=384MHz，其相干長(zhǎng)度為相干時(shí)間為：

AmaxX2Ax2、分振幅干涉--等傾干涉1、平行平板的等傾干涉圖樣定域在。A.無(wú)窮遠(yuǎn)B.平板上界面C.平板下界面。?自由空間2、.等傾干涉的光源一般為?A.點(diǎn)光源B.擴(kuò)展光源C.平行光束D.單色光源3、等傾干涉圖樣中心圓環(huán)級(jí)次內(nèi)—外_，干涉條紋內(nèi)外。4、觀察平行平板的等傾干涉圓條紋，靠近中心的條紋較（）,離中心越遠(yuǎn)條紋越（當(dāng)平行板的厚度逐漸增大時(shí)，圓條紋的變化為（）?（說(shuō)明：選擇密或者疏填寫(xiě)）3、分振幅干涉--等厚干涉1、在《/%/%對(duì)稱(chēng)平板雙光束干涉中，無(wú)論是等厚干涉還是等傾干涉，也無(wú)論是nx>n2還是％〈巧，兩光束的相對(duì)（反射）相位跳變總是。2、A.等于;rB.等于0C.可以為兀也可以為。13.2、.觀察楔形平板產(chǎn)生的等厚干涉，當(dāng)光源在楔板的正上方時(shí)，定域面在楔板內(nèi)，楔板的（）越小，定域面離板越越遠(yuǎn)；楔板的（）越小，定域面越接近于板的表面。3、如圖所示，一光學(xué)平板玻璃A與待測(cè)工件B之間形成空氣劈尖，如果將劈尖的空氣換成水，且平行入射光有足夠的相干長(zhǎng)鷹波長(zhǎng)和入射角度等條件不變，則總的等厚干涉條紋數(shù)量將A一。一一A.增加A.增加C.不變B.減少D.不確定4、如圖所示，左圖是干涉法檢查平面示意圖，右圖是得到的干涉圖樣，則干涉圖中條紋彎曲處的凹凸情況是―下凹。（填“上凸”或“下凹”）5、牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中所觀察到的條紋屬涉條紋。（等傾或等厚）6、等傾干涉條紋與牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)觀察到條紋的相同點(diǎn)：、，不同點(diǎn)。7、在白熾光入射的牛頓環(huán)中，同級(jí)圓環(huán)中相應(yīng)于顏色蘭到紅的空間位置是。A.由外到里B.由里到外C?不變D.隨機(jī)變化8、把一平凸透鏡放在平玻璃上，構(gòu)成牛頓環(huán)裝置，當(dāng)平凸透鏡慢慢地向上平移時(shí)，由反射光形成的牛頓環(huán)B。向中心收縮，條紋間隔不變向中心收縮，環(huán)心呈明暗交替變化向外擴(kuò)張，環(huán)心呈明暗交替變化向外擴(kuò)張，條紋間隔變大9、.入射光的譜線寬度以=0.1所，中心波長(zhǎng)為0.55所，設(shè)液膜的介質(zhì)折射率n=1.5,垂直入射時(shí)，能觀察到液膜呈現(xiàn)的彩色等厚干涉圖樣，由此可以斷定液膜可能的最大厚度約為皿。A.1B.2C.3D.44、分振幅干涉--干涉儀1、邁克爾遜干涉儀可動(dòng)反光鏡移動(dòng)了0.310mm,干涉條紋移動(dòng)了1250條，則所用單色光波長(zhǎng)為。2、在光學(xué)零件檢驗(yàn)中，常采用泰曼干涉儀產(chǎn)生的聾』干涉條紋對(duì)零件質(zhì)量做綜合檢驗(yàn)。三、多光束的干涉--1、多光束干涉1、多光束干涉條紋的特點(diǎn)是同心圓環(huán)、內(nèi)高外低、內(nèi)疏外密、條紋細(xì)銳明亮；決定平行平板干涉屬雙光束干涉還是多光束干涉的關(guān)鍵因素是平板的oA.平行度B.厚度C.反射率D.折射率1±?JD\LfJJ.\J在平行平板雙光束干涉和多光束干涉中，通常應(yīng)用的oA.分別是反射光和透射光B.分別是透射光和反射光C.都是反射光D.都是透射光2、F-P干涉儀1、F-P腔兩內(nèi)腔面距離h增加時(shí)，其自由光譜范圍△人。A.恒定不變B.增加C.下降D.=02、F-P腔反射率R增加時(shí)，條紋位相差半寬度、其分辨能力D。A.下降B.恒定不變C.趨于零D.增加3、當(dāng)F-P腔兩相對(duì)平行腔面間的距離增加時(shí)，其.A.分辨能力增強(qiáng)。B,分辨能力降低。C.自由光譜范圍增大.D.最小可分辨波長(zhǎng)差增大.4、在白光入射F-P腔形成的的干涉圖樣中，同一級(jí)彩色圓環(huán)中相應(yīng)于顏色從蘭色變化到紅色的空間位置是A。A.由外到里B.由里到外C.不變D.隨機(jī)變化5、F-P干涉儀條紋的精細(xì)度為S，相鄰兩條紋間的位相差距離2pi和條紋的位相差半寬度來(lái)表示條紋的銳度，進(jìn)取決于反射率R。3、光學(xué)薄膜1、當(dāng)單色平面波正入射至薄膜，薄膜的光學(xué)厚度為入/4,且n0Vn>nG，當(dāng)介質(zhì)膜的折射率為n、戒時(shí)，，此時(shí)薄膜的反射率有最小值，該膜稱(chēng)為增透膜。2、當(dāng)單色平面波正入射至薄膜，薄膜的光學(xué)厚度為入/4,且n>nG>n0，此時(shí)薄膜的反射率有極大值，該膜稱(chēng)為增反膜。3、對(duì)于單層光學(xué)薄膜，增透膜和增反膜的光學(xué)厚度OA.分別為4和4B.分別為4和￡c.都等于3D.都等于42442424、現(xiàn)有對(duì)于波長(zhǎng)1.06pm入射光的2/4光學(xué)薄膜，且A〉％、n2,該光學(xué)薄膜對(duì)于波長(zhǎng)0.53徹的入射光oA.增反B.增透C.產(chǎn)生全反射D.既不增反也不增透六、計(jì)算題1、楊氏干涉：3.1與3.4(畫(huà)出楊氏干涉裝置，已知孔距、屏距、條紋間距，求波長(zhǎng)；添加透明薄片，干涉條紋移動(dòng)，求薄片厚度；點(diǎn)源移動(dòng)，求干涉條紋移動(dòng)距離)楊氏雙孔干涉實(shí)驗(yàn)中，兩孔的間距為0.4mm，觀察屏至小孔所在平面的距離為1m，在觀察屏上測(cè)得干涉條紋的間距為1.5mm，回答下列問(wèn)題：畫(huà)出楊氏實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖；(示意畫(huà)出雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，觀察平面上干涉條紋的形狀和分布)。試求入射光波的波長(zhǎng)；若用折射率為1.5的透明薄片貼住其中一個(gè)小孔時(shí)，發(fā)現(xiàn)屏上條紋移動(dòng)了2mm，則該薄片的厚度為多少？若點(diǎn)源向下移動(dòng)2mm，干涉條紋如何變化？變化量為多少；若點(diǎn)源橫向擴(kuò)展成線光源，當(dāng)干涉條紋消失時(shí)，光源的寬度(匕)為多少？2、分振幅干涉：3.18與3.20與3.30邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)裝置，由單色點(diǎn)源S,反射鏡M「M2，分光板G1和補(bǔ)償板G2組成。（1）畫(huà)出干涉儀的光路圖；（2）調(diào)整反射鏡M2，使其經(jīng)G1所成的虛像（M?與M1反射鏡嚴(yán)格平行，干涉條紋實(shí)現(xiàn)的何種干涉？其干涉條紋形狀與分布的特點(diǎn)；（3）若M1反射鏡背向M；平行移動(dòng)時(shí)，干涉條紋發(fā)生什么變化。采用氦-氖激光（632.8nm）照明，若中心吞入或涌出20個(gè)干涉條紋，則反射鏡的平移量為多少。（4）調(diào)整反射鏡M2，使其經(jīng)G1所成的虛像（M2）與M1有一微小夾角a，則干涉儀實(shí)現(xiàn)的何種干涉？其干涉條紋形狀和分布的特點(diǎn)；如何確定m=0干涉條紋的位置？（5）在兩路分別設(shè)置長(zhǎng)度為10cm的真空室，緩慢向其中一真空氣室注入氣體，條紋移動(dòng)了100個(gè)，計(jì)算氣體的折射率。3.22（楔形平板的等厚干涉）與3.23（平凸透鏡的等厚干涉）3、F-P干涉儀與光學(xué)薄膜4.9（等傾干涉，計(jì)算焦點(diǎn)處的干涉儀、焦平面上能觀察到多少亮條紋，半徑最大亮條紋干涉級(jí)次與半徑）與例題4.3（分辨本領(lǐng)，已知板面反射率為0.9,兩入射波長(zhǎng)平均值為546.074,則其最大波長(zhǎng)差，及其能分辨的最小波長(zhǎng)差）例4.4（光學(xué)薄膜）進(jìn)階：①5.用波長(zhǎng)為589.3nm的鈉黃光照明邁克耳遜干涉儀，先看到視場(chǎng)中有2個(gè)暗環(huán)，且中心是暗斑（中心暗斑不計(jì)入暗環(huán)數(shù)），移動(dòng)平面鏡Mi看到中心變換了10次（從暗變到亮再變回到暗算一次）后,此時(shí)視場(chǎng)中有0個(gè)暗環(huán)，忽略分束鏡內(nèi)、外反射的相位變化，求：（1）判斷陸移動(dòng)過(guò)程中條紋是向外“冒”還是向內(nèi)“陷”；（2）平面鏡劃移動(dòng)的距離；（3）移動(dòng)前中心暗斑的干涉級(jí)次；_?'.?（4）,移動(dòng)后中心暗斑的干涉級(jí)次。②在觀察牛頓環(huán)時(shí)，由中心向外數(shù)，用波長(zhǎng)為=633nm的第4個(gè)亮環(huán)與用波長(zhǎng)人的第5個(gè)亮環(huán)重合，求波長(zhǎng)％為多少？③已知F-P標(biāo)準(zhǔn)具分析譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)為546.0753rnn,546.0745nm,546.0734nm,546.0728nmo為能用F~P標(biāo)準(zhǔn)具分析這一譜線的結(jié)構(gòu)，求標(biāo)準(zhǔn)具可能選取的最大間距。

兩塊光學(xué)平板玻璃之間的空氣劈尖可構(gòu)成光楔?，F(xiàn)有A、B兩只光楔，在封技時(shí).其;中一只襟踹CC湖〉的兩塊破通間汶入1pm左有的牯結(jié)麻CC尊的兩塊破慶「可存在1pro左右的何禰〉另一只貝U掃轉(zhuǎn)花美.兩塊玻玷在蛆核縫宙切接觸.謫給出一種方法.在曰光下騷另U出這兩JW光板〈險(xiǎn)遂僉別方法制］原理，設(shè)曰波長(zhǎng)A—O.SS^tm,AA=O.4"m⑤三、＜20分)?個(gè)川于榆於平板以供均勺VE的怏世如圖反〒示，亢1刺D川戶(hù)限;iiij平板I-.n勺涎此Ku不只，Jinhi火遠(yuǎn)可以觀察平板不I，寸部f、z產(chǎn):生白勺I沙條紋(、昨板nJ利I對(duì)光I州、昨移)oLI?I可:(1)平?板從R處移判A處時(shí),|?J石至U白20個(gè)昭紋從中，!＞口山，|HjA、B網(wǎng)處對(duì)八V的平板M戍笑足多少？并次小I哪浙(2)WHJ此祈il'l勺龍潛寬JQ：為＜).O6nm.平均波K為6()()nm,|mJ能檢*X土〃的平板?(假我平板的J7T引沖＜n=1.5)玨Pn玨PnNJI!NJI!三、＜1s分〉把I‘*個(gè)為z＞n＜j細(xì)*注網(wǎng)塊-1‘玻m供的UL)fS)Myt;)ISzC.如圖J卯小.，「:t內(nèi)也)匕＜人=5893；)的i|k"JKt射卜小分位如圖1力所，」；的「沙*紋.成求幻為多??？..h(20分)用鈉光589.3”m觀察邁克耳遜干涉條紋，先看到干涉場(chǎng)中有12朋亮環(huán)，且中心是亮的：移動(dòng)平面