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)兩個或多個光波在空間某區(qū)域疊加時，在疊加區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的各點強度穩(wěn)定的強弱分布現(xiàn)象稱為光波干涉。2、干涉系統(tǒng)的三要素為光源、干涉裝置、干涉場。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。光波相干的補充條件有兩列光波的光程差小于光波的波列長度、兩列光波的振幅不能相差太大。3、將一個光波分離成兩個相干光波，常用的方法有分波陣面法、分振幅法讓光波通過并排的兩個小孔或利用反射和折射的方法把光波的波前分割為兩個部分的方法禰為：分波前法。利用兩個部分反射的表面通過振幅分割產(chǎn)生兩個反射光波或兩個透射光波的方法稱為：分振幅法。典型的分波前干涉實驗有楊氏干涉實驗、菲涅爾雙面鏡、菲涅爾雙棱鏡等。典型的分振幅干涉實驗有等傾干涉、等厚干涉。4、3.在相同時間內(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、楊氏干涉實驗中，兩縫后各置一個完全相同的偏振片，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、楊氏雙縫干涉實驗中，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、干涉級次B、光波長C、屏幕到雙縫的距離。、雙縫的間隔3、

在楊氏干涉實驗中，分別調(diào)整幕距、波長或雙孔距離時，干涉條紋間距會發(fā)生什么變化？屏幕遠移?波長變大，雙孔距離不變，則干涉條紋間距變??；屏幕不動，波長變大，雙孔距離變小，則干涉條紋間距變??；屏幕近移，波長不變，雙孔距離變大，則干涉條紋間距變?。阂陨隙疾粚?4、兩個相同的相|點光源S1和S2.發(fā)出波氏為X的光，A是它們連線的中.線I??的點?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.的咒程X：和對應(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、干涉場中點P附近的條紋清晰度采用來最度，即6、影響干涉條紋可見度的主要因素有兩相干光束的振幅比、()和()。光波干涉場中的空間相干性與()有關(guān)，時間相干性與()有關(guān)。7、兩列相干波的振幅比為4、1.5和0.2時，干涉條紋對比度分別是,、―8、刻畫光源空間相千性的物理量是.A.相干長度B.相干時間A.相干長度B.相干時間C.相干面積D.光源面積兩孔9、寬度為b的擴展光源照明，光波場的橫向相干寬度為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為相干長度，為AmaxX2Ax11、氟同位素橙黃色譜線波長為605nm，譜線寬度為Av=384MHz，其相干長度為相干時間為：

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.無窮遠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.點光源B.擴展光源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（）,離中心越遠條紋越（當(dāng)平行板的厚度逐漸增大時，圓條紋的變化為（）?（說明：選擇密或者疏填寫）3、分振幅干涉--等厚干涉1、在《/%/%對稱平板雙光束干涉中，無論是等厚干涉還是等傾干涉，也無論是nx>n2還是％〈巧，兩光束的相對（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，定域面在楔板內(nèi)，楔板的（）越小，定域面離板越越遠；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鷹波長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)實驗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)實驗觀察到條紋的相同點：、，不同點。7、在白熾光入射的牛頓環(huán)中，同級圓環(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，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張，環(huán)心呈明暗交替變化向外擴張，條紋間隔變大9、.入射光的譜線寬度以=0.1所，中心波長為0.55所，設(shè)液膜的介質(zhì)折射率n=1.5,垂直入射時，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反光鏡移動了0.310mm,干涉條紋移動了1250條，則所用單色光波長為。2、在光學(xué)零件檢驗中，常采用泰曼干涉儀產(chǎn)生的聾』干涉條紋對零件質(zhì)量做綜合檢驗。三、多光束的干涉--1、多光束干涉1、多光束干涉條紋的特點是同心圓環(huán)、內(nèi)高外低、內(nèi)疏外密、條紋細銳明亮；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，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，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腔兩相對平行腔面間的距離增加時，其.A.分辨能力增強。B,分辨能力降低。C.自由光譜范圍增大.D.最小可分辨波長差增大.4、在白光入射F-P腔形成的的干涉圖樣中，同一級彩色圓環(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.隨機變化5、F-P干涉儀條紋的精細度為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表示條紋的銳度，進取決于反射率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，，此時薄膜的反射率有最小值，該膜稱為增透膜。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，此時薄膜的反射率有極大值，該膜稱為增反膜。3、對于單層光學(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)有對于波長1.06pm入射光的2/4光學(xué)薄膜，且A〉％、n2,該光學(xué)薄膜對于波長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、計算題1、楊氏干涉：3.1與3.4(畫出楊氏干涉裝置，已知孔距、屏距、條紋間距，求波長；添加透明薄片，干涉條紋移動，求薄片厚度；點源移動，求干涉條紋移動距離)楊氏雙孔干涉實驗中，兩孔的間距為0.4mm，觀察屏至小孔所在平面的距離為1m，在觀察屏上測得干涉條紋的間距為1.5mm，回答下列問題：畫出楊氏實驗裝置簡圖；(示意畫出雙縫干涉實驗中，觀察平面上干涉條紋的形狀和分布)。試求入射光波的波長；若用折射率為1.5的透明薄片貼住其中一個小孔時，發(fā)現(xiàn)屏上條紋移動了2mm，則該薄片的厚度為多少？若點源向下移動2mm，干涉條紋如何變化？變化量為多少；若點源橫向擴展成線光源，當(dāng)干涉條紋消失時，光源的寬度(匕)為多少？2、分振幅干涉：3.18與3.20與3.30邁克爾遜干涉儀實驗裝置，由單色點源S,反射鏡M「M2，分光板G1和補償板G2組成。（1）畫出干涉儀的光路圖；（2）調(diào)整反射鏡M2，使其經(jīng)G1所成的虛像（M?與M1反射鏡嚴格平行，干涉條紋實現(xiàn)的何種干涉？其干涉條紋形狀與分布的特點；（3）若M1反射鏡背向M；平行移動時，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，則干涉儀實現(xiàn)的何種干涉？其干涉條紋形狀和分布的特點；如何確定m=0干涉條紋的位置？（5）在兩路分別設(shè)置長度為10cm的真空室，緩慢向其中一真空氣室注入氣體，條紋移動了100個，計算氣體的折射率。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，計算焦點處的干涉儀、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0.9,兩入射波長平均值為546.074,則其最大波長差，及其能分辨的最小波長差）例4.4（光學(xué)薄膜）進階：①5.用波長為589.3nm的鈉黃光照明邁克耳遜干涉儀，先看到視場中有2個暗環(huán)，且中心是暗斑（中心暗斑不計入暗環(huán)數(shù)），移動平面鏡Mi看到中心變換了10次（從暗變到亮再變回到暗算一次）后,此時視場中有0個暗環(huán)，忽略分束鏡內(nèi)、外反射的相位變化，求：（1）判斷陸移動過程中條紋是向外“冒”還是向內(nèi)“陷”；（2）平面鏡劃移動的距離；（3）移動前中心暗斑的干涉級次；_?'.?（4）,移動后中心暗斑的干涉級次。②在觀察牛頓環(huán)時，由中心向外數(shù)，用波長為=633nm的第4個亮環(huán)與用波長人的第5個亮環(huán)重合，求波長％為多少？③已知F-P標(biāo)準(zhǔn)具分析譜線的超精細結(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.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〈險遂僉別方法制］原理，設(shè)曰波長A—O.SS^tm,AA=O.4"m⑤三、＜20分)?個川于榆於平板以供均勺VE的怏世如圖反〒示，亢1刺D川戶限;iiij平板I-.n勺涎此Ku不只，Jinhi火遠可以觀察平板不I，寸部f、z產(chǎn):生白勺I沙條紋(、昨板nJ利I對光I州、昨移)oLI?I可:(1)平?板從R處移判A處時,|?J石至U白20個昭紋從中，!＞口山，|HjA、B網(wǎng)處對八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‘*個為z＞n＜j細*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.成求幻為多小？..h(20分)用鈉光589.3”m觀察邁克耳遜干涉條紋，先看到干涉場中有12朋亮環(huán)，且中心是亮的：移動平面