ww平行平板產(chǎn)生的干涉ppt課件

1、第五節(jié)第五節(jié) 平行平板產(chǎn)生的干涉平行平板產(chǎn)生的干涉分波陣面法的干涉，受到空間相干性的限制干涉孔徑角分波陣面法的干涉，受到空間相干性的限制干涉孔徑角總有一定大小，且總有一定大小，且 ），只能使用有限大小的光），只能使用有限大小的光源，在實際中不能滿足條紋亮度的要求激光光源除外）。源，在實際中不能滿足條紋亮度的要求激光光源除外）。為了使用擴展光源，必須實現(xiàn)干涉孔徑角等于零的干涉。為了使用擴展光源，必須實現(xiàn)干涉孔徑角等于零的干涉。b分振幅法分振幅法利用透明介質(zhì)的第一和第二表面對利用透明介質(zhì)的第一和第二表面對入射光的依次反射，將入射光的振入射光的依次反射，將入射光的振幅分解為若干部分，由這些光波相幅分

2、解為若干部分，由這些光波相遇所產(chǎn)生的干涉，稱為分振幅法干遇所產(chǎn)生的干涉，稱為分振幅法干涉。涉。pS S * *在使用擴展光源的同時，保持清晰的條紋，解決條在使用擴展光源的同時，保持清晰的條紋，解決條紋亮度與可見度的矛盾。紋亮度與可見度的矛盾。一、干涉條紋的定域一、干涉條紋的定域兩個單色相干點光源在空間任意一點相遇，總有一確定的光程兩個單色相干點光源在空間任意一點相遇，總有一確定的光程差，從而產(chǎn)生一定的強度分布，并都能觀察到清晰的干涉條紋，差，從而產(chǎn)生一定的強度分布，并都能觀察到清晰的干涉條紋，稱為非定域干涉。稱為非定域干涉。在擴展光源情況下，能夠得到清晰條紋的區(qū)域稱為定域區(qū)。在擴展光源情況下，

3、能夠得到清晰條紋的區(qū)域稱為定域區(qū)。（定域干涉）（定域干涉） 利用薄膜上、下兩個表面對入射光的反射和利用薄膜上、下兩個表面對入射光的反射和折射，可在反射方向折射，可在反射方向(或透射方向或透射方向)獲得相干光束。獲得相干光束。在一均勻透明介質(zhì)在一均勻透明介質(zhì)n1n1中放入上中放入上下表面平行下表面平行, ,厚度為厚度為e e 的均勻介的均勻介質(zhì)質(zhì) n2(n1)n2(n1)，用擴展光源照射，用擴展光源照射薄膜，其反射和透射光如圖所薄膜，其反射和透射光如圖所示示1DiiBAC2n1n2eS 在陽光照射下，肥皂膜或水面上的油膜上面呈現(xiàn)在陽光照射下，肥皂膜或水面上的油膜上面呈現(xiàn)美麗的彩色圖案，這些都是常

4、見的薄膜干涉現(xiàn)象。美麗的彩色圖案，這些都是常見的薄膜干涉現(xiàn)象。二、平行平板產(chǎn)生的等傾干涉二、平行平板產(chǎn)生的等傾干涉在一均勻透明介質(zhì)在一均勻透明介質(zhì)nn中放入中放入上下表面平行，厚度為上下表面平行，厚度為h h 的的均勻介質(zhì)均勻介質(zhì)n n兩支相干光的光程差為：兩支相干光的光程差為：2/)(ANnnBCAB有半波損失。有半波損失。nnnCABhN12由折射定律和幾何關(guān)系可得出：由折射定律和幾何關(guān)系可得出：nnnCABhN122cos22nh2sin21222nnh在平行平板的干涉中，光程差只取決于折射角，相同折在平行平板的干涉中，光程差只取決于折射角，相同折射角的入射光構(gòu)成同一條紋，稱等傾條紋。射

5、角的入射光構(gòu)成同一條紋，稱等傾條紋。k)21( k 明紋明紋 暗紋暗紋反射光反射光入射光掠入射入射光掠入射i90i90）或正入射）或正入射i= 0i= 0情況下：情況下： 滿足滿足 n1n3 n1n3 或或 n1n2n2n3 時，計入半波損失；時，計入半波損失； 滿足滿足 n1n2n3 n1n2n2n3 n1n2n3 時，不計半波損失。時，不計半波損失。等傾干涉：非平行光入射平行平面薄膜，等傾干涉：非平行光入射平行平面薄膜，e e相同，對于不同相同，對于不同的入射角的入射角i i產(chǎn)生不同的干涉條紋，產(chǎn)生不同的干涉條紋， 這種干涉叫等傾干涉這種干涉叫等傾干涉 。 等傾條紋等傾條紋L fPo r環(huán)

6、環(huán)B ennn ni rA CD21Siii 傾角傾角i i相同的光線對應(yīng)同一條相同的光線對應(yīng)同一條干涉條紋干涉條紋 等傾條紋。等傾條紋。條紋特點條紋特點: :點光源照明點光源照明 形狀形狀: :一系列同一系列同心圓環(huán)心圓環(huán)條紋間隔分布條紋間隔分布: :內(nèi)疏外密內(nèi)疏外密面光源照明面光源照明iPifor環(huán)ennn n面光源面光源只要入射角只要入射角i i相同，都將相同，都將匯聚在同一個干涉環(huán)上匯聚在同一個干涉環(huán)上非相干疊加）非相干疊加）透射光的干涉：透射光的干涉：ABCD1n1n2nei對于同一入射角的光束來說，對于同一入射角的光束來說，兩支透射光的光程差和兩支反兩支透射光的光程差和兩支反射光的

7、光程差恰好相差半個波射光的光程差恰好相差半個波長，當(dāng)對應(yīng)某一入射角的透射長，當(dāng)對應(yīng)某一入射角的透射光條紋是亮紋時，反射光條紋光條紋是亮紋時，反射光條紋是暗紋。透射光的等傾條紋和是暗紋。透射光的等傾條紋和反射光的等傾條紋是互補的。反射光的等傾條紋是互補的。對于同一厚度的薄膜，在某一方向觀察到某一波對于同一厚度的薄膜，在某一方向觀察到某一波長對應(yīng)反射光相干相長，則該波長在對應(yīng)方向的長對應(yīng)反射光相干相長，則該波長在對應(yīng)方向的透射光一定相干相消。因為要滿足能量守恒。透射光一定相干相消。因為要滿足能量守恒。增透膜、增反膜用在光學(xué)儀器的鏡增透膜、增反膜用在光學(xué)儀器的鏡頭上，就是根據(jù)這個道理。頭上，就是根據(jù)

8、這個道理。增透膜和增反膜增透膜和增反膜增透膜增透膜- - 利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強。件來減少反射，從而使透射增強。為了減少反射引起的光能損失，常在許多光學(xué)儀器為了減少反射引起的光能損失，常在許多光學(xué)儀器( (如照相機、如照相機、攝像機等攝像機等) )的鏡頭上鍍一層厚度均勻的透明薄膜的鏡頭上鍍一層厚度均勻的透明薄膜( (常用氟化鎂常用氟化鎂MgF2, n=1.38),MgF2, n=1.38),用以增加透射，這個薄膜用以增加透射，這個薄膜, ,就是增透膜。就是增透膜。反射相干光滿足相消干涉反射相干光滿

9、足相消干涉條件來減少反射：條件來減少反射：)2, 1 , 0k(2) 1k2(en22 2minn4=en2e n2e 光學(xué)厚度光學(xué)厚度膜 n1=1.0n2=1.38n3=1.502cos22nh增反膜增反膜- - 利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長干涉，利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長干涉，因此反射光因干涉而加強。因此反射光因干涉而加強。與增透膜相反與增透膜相反, ,在另一些光學(xué)系統(tǒng)中希望光學(xué)表面具有很高在另一些光學(xué)系統(tǒng)中希望光學(xué)表面具有很高的反射率的反射率( (如如HeHeNeNe激光器要求反射激光器要求反射99%)99%)，這時可在元件表，這時可在元件表面多層鍍膜以增強反射

10、面多層鍍膜以增強反射, ,這類薄膜稱為增反膜或高反射膜。這類薄膜稱為增反膜或高反射膜。 通常是在光學(xué)玻璃表面鍍上一層折射率通常是在光學(xué)玻璃表面鍍上一層折射率n2 n3 的介質(zhì)薄膜的介質(zhì)薄膜)2 , 1k(k2en22 2minn4=e工藝上通常采用多層膜。工藝上通常采用多層膜。1317層MgF2 (1.38)1.50ZnS (2.35)MgF2 (1.38)ZnS (2.35)MgF2 (1.38)鍍膜時鍍膜時, , 要適當(dāng)選擇每層膜的厚度要適當(dāng)選擇每層膜的厚度, , 使反射加強。使反射加強。 在薄膜干涉中，光線一部分被反射，另一部分則透射進(jìn)入介質(zhì)。在薄膜干涉中，光線一部分被反射，另一部分則透

11、射進(jìn)入介質(zhì)。反射光干涉極大時，光線大部分被反射。反射光干涉極小時，反射光干涉極大時，光線大部分被反射。反射光干涉極小時，光線大部分被透射。通過控制薄膜的厚度，可以選擇使透射或光線大部分被透射。通過控制薄膜的厚度，可以選擇使透射或反射處于極大，增強表面上的反射或者透射，反射處于極大，增強表面上的反射或者透射， 以改善光學(xué)器件以改善光學(xué)器件的性能。稱為增透膜，增反膜。在生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。的性能。稱為增透膜，增反膜。在生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。例如：較高級的照相機的鏡頭由例如：較高級的照相機的鏡頭由6 6個透鏡組成，如不采取有個透鏡組成，如不采取有效措施，反射造成的光能損失可達(dá)效措施，反射造成的光能損失

12、可達(dá)45%45%90%90%。為增強透光，。為增強透光，要鍍增透膜，或減反膜。復(fù)雜的光學(xué)鏡頭采用增透膜可使要鍍增透膜，或減反膜。復(fù)雜的光學(xué)鏡頭采用增透膜可使光通量增加光通量增加1010倍。倍。而激光器兩端裝有反射鏡。就鍍有增反射膜。而激光器兩端裝有反射鏡。就鍍有增反射膜。應(yīng)用：應(yīng)用：測定薄膜的厚度；測定薄膜的厚度；測定光的波長；測定光的波長；提高或降低光學(xué)器件的透射率提高或降低光學(xué)器件的透射率增透膜增透膜( (增反膜增反膜) )。 例題例題 一平板玻璃一平板玻璃(n=1.50)上有一層透明油膜上有一層透明油膜(n=1.25)，要使波長，要使波長=6000的光垂直入射無反射，的光垂直入射無反射，

13、薄膜的最小膜厚薄膜的最小膜厚e=? 解解 凡是求解薄膜問題應(yīng)先求出兩反射光線的光凡是求解薄膜問題應(yīng)先求出兩反射光線的光程差。程差。對垂直入射，對垂直入射，i =0i =0，于是，于是2221222sin2hninnh1.50h1.25無反射意味著反射光出現(xiàn)暗紋，所以無反射意味著反射光出現(xiàn)暗紋，所以)21(22khnn2=1.25(薄膜的折射率薄膜的折射率);要要e最小，最小，k =0(k=0,1,2,)24ne =1200=1.210-7m 例題例題 陽光垂直照射在空氣中的肥皂膜上，膜厚陽光垂直照射在空氣中的肥皂膜上，膜厚e=3800, 折射率折射率n2=1.33 ，問：肥皂膜的正面和背面，問

14、：肥皂膜的正面和背面各呈什么顏色？各呈什么顏色？ 解解 正面反射加強，有正面反射加強，有22en2 k2122 ken76001.3321k=在可見光范圍內(nèi)在可見光范圍內(nèi)(7700(770039003900) )的解為的解為 k=1,k=1, k=2, k=2, =6739=6739 紅色紅色 k=3, k=3, =4043=4043 紫色紫色 k=4,.k=4,.背面透射加強背面透射加強= =反射減弱，于是有反射減弱，于是有)21(222ken在可見光范圍內(nèi)在可見光范圍內(nèi)(7700(770039003900) )的解為的解為 k=1, k=1, k=2, k=2, =5054=5054 綠色

15、綠色 k=3, .k=3, .ken22 76001.33k=例題如下圖，在折射率為例題如下圖，在折射率為1.501.50的平板玻璃表面有一層厚度為的平板玻璃表面有一層厚度為300nm300nm，折射率為，折射率為1.221.22的均勻透明油膜，用白光垂直射向油膜，的均勻透明油膜，用白光垂直射向油膜，問：問： 1)1)哪些波長的可見光在反射光中產(chǎn)生相長干涉哪些波長的可見光在反射光中產(chǎn)生相長干涉? ? 2) 2)哪些波長的可見光在透射光中產(chǎn)生相長干涉哪些波長的可見光在透射光中產(chǎn)生相長干涉? ? 3) 3)若要使反射光中若要使反射光中=550nm=550nm的光產(chǎn)生相消干涉，油膜的最小的光產(chǎn)生相消

16、干涉，油膜的最小厚度為多少厚度為多少? ?解：解：(1)(1)因反射光之間沒有半波損失，由垂直入射因反射光之間沒有半波損失，由垂直入射i=0i=0，得反，得反射光相長干涉的條件為射光相長干涉的條件為3 , 2 , 1 ,22kkenken22 k=1時時 nm73230022. 121 紅光紅光 故反射中紅光產(chǎn)生相長干涉。故反射中紅光產(chǎn)生相長干涉。 k=2時時 nm3662/30022. 122 紫外紫外 (2)(2)對于透射光，相干條件為：對于透射光，相干條件為： 3 , 2 , 1 ,222kken1242ken nmen146430022. 14421 k=1時時 紅外紅外 nmen48

17、83/30022. 143/422 k=2時時 青色光青色光 nmen2935/30022. 145/423 k=3時時 紫外紫外 (3)(3)由反射相消干涉條件為：由反射相消干涉條件為： , 2 , 1 , 0 ,21222kken 2412nke 顯然顯然k=0k=0所產(chǎn)生對應(yīng)的厚度最小，即所產(chǎn)生對應(yīng)的厚度最小，即 nmne11322. 1455042min 222)11(2222222LdLdLLdL.x211)x1(21 例波長為例波長為 的點光源的點光源S S與屏的距離為與屏的距離為L L，一反射鏡，一反射鏡C C與屏垂直放與屏垂直放置，直接來自光源的光線置，直接來自光源的光線SPS

18、P與鏡面平行，且與從鏡面反射的光線與鏡面平行，且與從鏡面反射的光線相遇相干。設(shè)，相遇相干。設(shè)，L=1mL=1m，d=4d=410-3m10-3m，試討論，試討論P P點干涉點干涉結(jié)果？屏幕上相鄰明條紋的間距為多少？結(jié)果？屏幕上相鄰明條紋的間距為多少？m1057 解解 ： S S為虛光源，相干光視為由為虛光源，相干光視為由S S 、S S 分別發(fā)出。分別發(fā)出。 PSLCds 故，故，P P點為暗條紋點為暗條紋mdD41025. 1e331222Ld滿足滿足2/) 12(kPSLCds 知：用波長知：用波長 ，照相機鏡頭，照相機鏡頭n3=1.5n3=1.5，其上涂一層，其上涂一層 n2=1.38n2=1.38的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。問：若反射光相消的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。問：若反射光相消干涉的條件中取干涉的條件中取 k=1k=1，膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范，膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內(nèi)有沒有增反？圍內(nèi)有沒有增反？nm5502/) 12(22kdn解：因為解：因為 ，所以反射光經(jīng)，所以反射光經(jīng)歷兩次半波損失。反射光相干相消的條歷兩次半波損失。反射光相干相消的條件是：件是：321n