14-(4-5)分振幅法產(chǎn)生的光的干涉

1 14 4分振幅法產(chǎn)生的光的干涉 2 多彩的油膜 絢麗的肥皂泡 一現(xiàn)象 奇特的放大鏡 3 4 二形成原因 P 薄膜干涉 光波經(jīng)過(guò)薄膜上下兩表面反射后相互疊加而形成的干涉現(xiàn)象 稱為薄膜干涉 5 1半波損失 三明暗紋公式 無(wú)半波損失 2次 M1 M2面 1次 M1面 1次 M2面 有半波損失 0次 6 2明暗紋公式 7 反射光的光程差 加強(qiáng) 減弱 8 反射光的光程差 折射光的光程差 注意 透射光和反射光干涉具有互補(bǔ)性 符合能量守恒定律 9 3注意 1 分清是透射光干涉還是反射光干涉 2 光路在傳播過(guò)程中有無(wú)半波損失 3 干涉條件中k的取值 保證 10 四應(yīng)用 等傾干涉 入射角i相同的入射光線 干涉的情況相同 這樣的干涉叫做等傾干涉 如增透膜 增反膜 等厚干涉 入射光線在厚度相同的地方干涉情況相同 如劈尖干涉 牛頓環(huán) 1分類 11 當(dāng)光線垂直入射時(shí) 有半波損失 如 干涉公式 無(wú)半波損失 如 12 等傾干涉 b 等傾干涉圖樣 2等傾干涉 膜厚e一定時(shí) 光程差只是入射傾角i的函數(shù) 此時(shí)條紋級(jí)次k與入射傾角i成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系 13 等傾干涉圖樣 等傾干涉條紋為一組中心疏 邊緣密的不等間距的同心圓環(huán) 其干涉級(jí)次為內(nèi)高外低 且中心級(jí)次最高 14 增透膜和增反膜 取k 0 例1已知空氣的折射率為n1 1 0 氟化鎂為折射率為n2 1 38 入射光波長(zhǎng)為 720nm 為了增加透射率 鍍氟化鎂膜 求膜最小厚度 若厚度增加一倍呢 反射加強(qiáng) 解 反射光無(wú)半波損失 增反膜 反射減弱 15 各種相機(jī)鏡頭 16 1 劈尖干涉 劈尖內(nèi)介質(zhì)折射率n 狹縫很窄 入射光近似可看作垂直入射 3等厚干涉 實(shí)驗(yàn)裝置 17 設(shè)每一干涉條紋對(duì)應(yīng)的薄膜厚度分別為 18 討論 明紋 暗紋 1 劈尖頂端 暗紋 2 第k級(jí)劈尖的厚度 3 相鄰明紋 暗紋 間的厚度差 19 4 干涉條紋的移動(dòng) 每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度 當(dāng)此厚度位置改變時(shí) 對(duì)應(yīng)的條紋隨之移動(dòng) 所以 從視場(chǎng)中移動(dòng)了m個(gè)條紋 薄膜厚度改變了 a 厚度增加時(shí) 條紋下移 厚度減小時(shí) 條紋上移 b 增加時(shí) 條紋下移 條紋數(shù)增加 減小時(shí) 條紋上移 條紋數(shù)減少 明 暗條紋總數(shù)不變 但差1劈尖端點(diǎn)處明暗交替 但 仍很小 20 5 條紋間距 明紋或暗紋 很小 條紋間距 明條紋數(shù) 暗條紋數(shù) 1 21 劈尖干涉的應(yīng)用 22 23 紙 n2 1 應(yīng)用 1 測(cè)量微小厚度 24 被檢體 被檢體 2 檢查平面與直角 檢驗(yàn)工件表面的平整度 凹 凸 25 被檢體 被檢體 標(biāo)準(zhǔn)角規(guī) 標(biāo)準(zhǔn)角規(guī) 26 2 牛頓環(huán) 由一塊平板玻璃和一半徑很大的平凸透鏡組成 光程差 27 牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置和干涉圖樣 干涉圖樣 顯微鏡 S L M半透半反鏡 T 28 光程差 暗環(huán)半徑 明環(huán)半徑 29 1 從反射光中觀測(cè) 中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn) 從透射光中觀測(cè) 中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn) 2 屬于等厚干涉 條紋間距不等 為什么 討論 以暗環(huán)為例 干涉級(jí)高的環(huán)間的間距小 即隨著r的增加條紋變密 30 3 將牛頓環(huán)置于n 1的液體中 條紋如何變化 條紋將向內(nèi)收縮 4 白光入射將出現(xiàn)由紫到紅的彩色條紋 31 測(cè)量透鏡的曲率半徑 測(cè)量波長(zhǎng) 5 應(yīng)用 可以用來(lái)測(cè)量光波波長(zhǎng) 用于檢測(cè)透鏡質(zhì)量 曲率半徑等 32 檢查平面玻璃是否平坦或凹透鏡的曲率是否符合要求 33 例2用氦氖激光器發(fā)出的波長(zhǎng)為633 0nm的單色光做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn) 測(cè)得第個(gè)k暗環(huán)的半徑為5 63mm 第k 5暗環(huán)的半徑為7 96mm 求平凸透鏡的曲率半徑R 解 34 S L 例3如圖所示為測(cè)量油膜折射率的實(shí)驗(yàn)裝置 在平面玻璃片G上放一油滴 并展開成圓形油膜 在波長(zhǎng)600nm的單色光垂直入射下 從反射光中可觀察到油膜所形成的干涉條紋 已知玻璃的折射率 n1 1 5 油膜的折射率n2 1 2 問(wèn) 當(dāng)油膜中心最高點(diǎn)與玻璃片的上表面相距h 8 0 102nm時(shí) 1 干涉條紋如何分布 2 可見明紋的條數(shù)及各明紋處膜厚 3 中心點(diǎn)的明暗程度如何 4 若油膜展開條紋如何變化 G 無(wú)半波損失 35 解 明紋 由于h 8 0 102nm 故可觀察到四條明紋 2 3 1 條紋為同心圓 當(dāng)油滴展開時(shí) 厚度e減少 干涉明紋級(jí)數(shù)變小 出現(xiàn)明紋數(shù)目變小 間距增大 中心處明暗交替出現(xiàn) 4 36 例4 在一塊光平玻璃板B上 端正地放一錐頂角很大的圓錐形平凸透鏡A 在A B間形成劈角 很小的空氣薄層 如圖 當(dāng)波長(zhǎng)為 單色光垂直射向平凸透鏡時(shí) 可以觀測(cè)到透鏡錐面上出現(xiàn)干涉條紋 求 1 畫出干涉條紋的大致分布 并說(shuō)明條紋主要特征 2 計(jì)算明暗條紋的位置 3 若平凸透鏡稍向左傾斜 干涉條紋有何變化 37 1 干涉條紋特點(diǎn) 接觸點(diǎn)是暗斑 干涉條紋是以接觸點(diǎn)為圓心的一系列同心同環(huán) 38 例5 將平板玻璃覆蓋在平凹柱面透鏡的凹面上 曲率為R 1 若單色光平行垂直照射 觀察反射光的干涉圖樣 試說(shuō)明干涉條紋的形狀及其分布情況 2 當(dāng)照射光波長(zhǎng) 1 5000A時(shí) 平凹透鏡中央A處是暗條紋 然后連續(xù)改變照射光波長(zhǎng)直到波長(zhǎng)變?yōu)?2 6000A時(shí) A處重新變?yōu)榘档?在5000A 6000A之間的光波照射不能使A處變暗 求A處平板玻璃和柱面之間空氣間隙高度為多少 等厚干涉 39 平行于圓柱軸線的平行直條紋 兩邊對(duì)稱分布 內(nèi)疏外密 40 明暗條紋分布 41 若平板玻璃在下 上面放一凸柱面透鏡 干涉條紋的形狀 特點(diǎn) 平行圓柱軸線的平行直條紋 兩邊對(duì)稱分布越向外級(jí)數(shù)越高 而且內(nèi)疏內(nèi)密 42 作業(yè)練習(xí)十三 四 43 14 5邁克爾遜干涉儀 44 邁克耳遜在工作 邁克耳遜 A A Michelson 因創(chuàng)造精密光學(xué)儀器 用以進(jìn)行光譜學(xué)和度量學(xué)的研究 并精確測(cè)出光速 獲1907年諾貝爾物理獎(jiǎng) 美籍德國(guó)人 45 46 單色光源 反射鏡M1 反射鏡M2 邁克耳遜干涉儀 G與M成450 47 1 M1的像M 1 形成等傾圓環(huán)狀干涉條紋 48 M1的像M 1 形成劈尖等厚干涉條紋 49 邁克爾遜干涉儀的主要特性 兩相干光束在空間完全分開 可通過(guò)移動(dòng)反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差 移動(dòng)反射鏡 50 M1與M 1距離變化時(shí) 干涉條紋的移動(dòng) 1 距離變大時(shí) 圓形干涉條紋從中心一個(gè)個(gè)長(zhǎng)出 并向外擴(kuò)張 干涉條紋變密 條紋朝厚度相等的方向移動(dòng) 1M 1與M2平行 2 距離變小時(shí) 圓形干涉條紋一個(gè)個(gè)向中心縮進(jìn) 干涉條紋變稀 等傾干涉 2M1與M2不平行 等厚干涉 51 當(dāng)M2移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)時(shí) 光程差改變一個(gè)波長(zhǎng) 視場(chǎng)中將看到一條條紋移過(guò) 注意 當(dāng)視場(chǎng)中看到N個(gè)條紋移過(guò)時(shí) M2平移的距離為 應(yīng)用 可測(cè)量光波的波長(zhǎng)和微距 52 在光路中插入介質(zhì)片后光程差的改變量 N 干涉條紋移動(dòng)數(shù)目 介質(zhì)片的折射率 M1 M2 G1 G2 M 1 53 用邁克耳遜干涉儀測(cè)氣流 54 歷史上邁克爾遜曾用此干涉儀測(cè)定紅鎘線的波長(zhǎng) 150C 1atm的干燥空氣中 1927年國(guó)際會(huì)議規(guī)定 1983年國(guó)際17屆計(jì)量會(huì)議規(guī)定 C為光速 1960年國(guó)際會(huì)議規(guī)定 55 邁克耳遜干涉儀是許多光學(xué)儀器的核心 愛因斯坦贊譽(yù)道 我總認(rèn)為邁克耳遜是科學(xué)中的藝術(shù)家 最大樂(lè)趣似乎來(lái)自實(shí)驗(yàn)本身的優(yōu)美 的精湛 和所使用方法 他從來(lái)不認(rèn)為自己在科學(xué)上是個(gè)嚴(yán)格的 專家 事實(shí)上的確不是 他的 但