大物上冊光干涉

1、第8章 光的干涉 光干涉(3)主要內容：分振幅干涉（續(xù)）邁克爾遜干涉儀 劈尖干涉、牛頓環(huán)8.4 薄膜(film interference)干涉(續(xù))2.等厚干涉(equal thickness interference) 劈尖干涉和牛頓環(huán)n（1）劈尖干涉 媒質層上、下表面反射的光在上表面相遇產生干涉。這是分振幅法獲得的光干涉。 空氣中一劈尖形透明媒質薄片, 折射率為n , 很小, 波長為 的單色光垂直照射n 在媒質厚度為e 處，上、下表面反射的光1和2在相遇點的光程差為劈尖干涉的條紋形狀 一定， ，媒質厚度相同的地方，上下表面反射的光其光程差相同，干涉形成同一級條紋 等厚干涉。上式表明：上表面

2、反射的光有半波損失討論： 1）在劈棱處， ，劈棱處為0級暗紋。劈尖干涉的條紋形狀: 一組平行棱邊的直條紋ne等厚干涉特點： 同一條紋對應膜的同一厚度 2）相鄰兩明或兩暗紋對應劈尖媒質的高度差條紋級次沿薄膜厚度增加的方向遞增。n3）相鄰兩明或兩暗紋的間距 小，l 大，條紋分得開，干涉顯著； 大，l 小，條紋密不可分，不干涉。l劈尖干涉的應用 測量薄膜端部的厚度或細絲的直徑 d測量原理Ldl薄膜厚度：條紋數(shù) 在半導體元件生產中，測定硅片上的二氧化硅薄膜厚度的常用方法是：將薄膜的一部分磨成劈形膜，通過觀察垂直入射光在其上面產生的干涉條紋，計算出二氧化硅薄膜的厚度。 光學表面檢查利用等厚干涉條紋可以檢

3、查精密加工工件表面的平整情況.說明:k 反映了偏離直線條紋的程度。ee測量原理若因畸變使某處移動了一個條紋的距離，k = 1，則 k-1 k k+1表面凸起 k-1 k k+1表面凹陷 n例5 夾角為 810-5rad 的玻璃劈尖放在空氣中。用波長 589 nm 的單色光垂直照射時，測得干涉條紋的間距為 2.4 mm ，求玻璃的折射率。解（2）牛頓環(huán)(Newton ring) 在平板玻璃上放一半徑為R的平凸透鏡就構成牛頓環(huán)裝置。 單色平行光垂直照射時, 在透鏡的凹面上可看到反射光形成的干涉條紋。 在空氣層厚度為e處, 反射光的光程差為 一定, ,同一級條紋對應相同厚度的空氣層 等厚干涉。干涉條

4、紋是一組同心圓。 半波損失發(fā)生在空氣層下表面反射的光。Rr討論： 1）在接觸處， ， 即干涉環(huán)中心為0級暗斑。2）各級干涉圓環(huán)的半徑即：明環(huán)半徑k = 1, 2, 3, 暗環(huán)半徑k = 0, 1, 2, 條紋級次 k 由環(huán)中心向外遞增。Rr 隨著干涉環(huán)級數(shù)增加，干涉條紋會越來越密。由暗環(huán)半徑公式 知，3）利用牛頓環(huán)裝置可方便地測定波長或透鏡的曲率半徑 與 成正比，即 設第 個暗環(huán)的半徑為 ，第 個暗環(huán)的半徑為 ，則 式中序數(shù) 無關緊要，只需知道差值 ，即可求得波長 ，或已知 可求得透鏡的曲率半徑R。 例6 平凸透鏡與平板玻璃之間有一小的氣隙e0，求反射光形成的牛頓環(huán)各級暗環(huán)的半徑。設所用平凸透

5、鏡的曲率半徑為 R .解Rr在空氣層厚度為( e + e0 )處,上下表面反射光的光程差為由以上兩式解得k為整數(shù), 且討論: 平行向上移動透鏡, e0 增大,第 k 級暗環(huán)半徑 減小, 即牛頓環(huán)向中心收縮；反之,當透鏡移近平玻璃時, 牛頓環(huán)就離開中心向外擴張。例7 用鈉燈（ = 589.3 nm）觀察牛頓環(huán)，看到第 k 級暗環(huán)的半徑為 4 mm ，第 k+5 級暗環(huán)半徑為 6 mm ，求所用平凸透鏡的曲率半徑 R .解m 8.5 邁克爾遜干涉儀測量精度可達0.1微米平面鏡M1(固定)平面鏡M2(可平移)平玻璃G2平玻璃G1觀察屏調節(jié)鼓輪讀數(shù)窗口導軌微動調節(jié) 邁克爾遜干涉儀的光路圖 是兩塊平面鏡

6、, 固定, 可調節(jié)； 是一補償板。 是兩塊平玻璃 右面鍍了一薄銀層,使射到 右面的光一半反射, 一半透射。光線 和 構成相干光,在T處可看到干涉結果光線 本來自 反射, 等效從 來, 垂直時, 平行, 構成平行平面膜, 在T處觀察到等傾干涉圓條紋。 等傾干涉環(huán) 可在導軌上平行移動，當 向 靠近時，空氣膜變薄，干涉環(huán)收縮，條紋變粗，間距增大，且每當 移動 距離時，光程差增大 ，視場中移過一個條紋。因此只要數(shù)出移過視場中某點的條紋數(shù)N，即可計算出空氣膜厚度的改變量當兩平面鏡不嚴格垂直時， 形成空氣劈尖，T處觀察到等厚干涉直條紋 可由干涉儀上的游標讀出，由上式可求得波長 。條紋移動方向平行向上移動 ，空氣層變厚，可看到干涉條紋由高級別處向低級別處移動。邁克爾遜 莫雷實驗（1881年）的否定結果是相對論的實驗基礎之一。邁克爾遜干涉儀可用于測長度、測折射率。 平面反射鏡面 M2 每移動 的距離, 可看到有一個條紋移過視場中的某點, 因此只要數(shù)出 冒出或縮進的條紋數(shù)N, 由下式可求得M2移動的距離邁克耳遜等傾干涉邁克耳遜等厚干涉 例題 當把折射率 n =