光的干涉測量薄膜厚度(共33張PPT)

光的干涉測量薄膜厚度第一頁，共33頁。熟悉了解邁克爾遜干涉儀主要內(nèi)容：了解邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)及原理2.儀器的調(diào)節(jié)第二頁，共33頁。1.邁克爾遜干涉儀光路及結(jié)構(gòu)單色光源反射鏡反射鏡與成角補償板分光板移動導軌第三頁，共33頁。反射鏡反射鏡單色光源光程差的像當垂直于時，可形成等傾干涉條紋.第四頁，共33頁。當不垂直于時，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源第五頁，共33頁。干涉條紋移動數(shù)目邁克爾遜干涉儀的主要特性

(1)兩相干光束完全分開；

(2)兩光束的光程差可調(diào).移動距離移動反射鏡第六頁，共33頁。干涉條紋的移動當M1與M2之間距離變大時，圓形干涉條紋從中心一個個長出,并向外擴張,

干涉條紋變密；距離變小時，圓形干涉條紋一個個向中心縮進,

干涉條紋變稀.第七頁，共33頁。等傾干涉條紋M1M1與M2'重合M2'M2'M1第八頁，共33頁。M1M2'M2'M1M2'M1M1等厚干涉條紋第九頁，共33頁。插入介質(zhì)片光程差光程差變化光程差第十頁，共33頁。干涉條紋移動數(shù)目介質(zhì)片厚度第十一頁，共33頁。四，實驗內(nèi)容及步驟1。使用前儀器的調(diào)節(jié)第十二頁，共33頁。②點燃He—Ne激光器，使激光大致垂直M1。2、本實驗的重點和難點是粗調(diào)即步驟③，需反復調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個螺釘，但必須均勻調(diào)節(jié)，否則會造成儀器的損壞。用已知波長單色光豎直照射第二十八頁，共33頁。對于具有連續(xù)光譜的白光,ΔL極小,因而僅當d約等于0時,才能看到彩色的干涉條紋。當然如果點光源也能和太陽一樣就沒問題,一是要光夠強,二是距離夠遠,達到干涉位置的時候能近似平行光.邁克爾遜干涉儀光路及結(jié)構(gòu)由M1反射回來的光波在分光板G1的第二面上反射時,如同平面鏡反射一樣,使M1在M2附近形成M1的虛像M1′,因而光在邁克爾遜干涉儀中自M2和M1的反射相當于自M2和M1′的反射.再利用公式：2(n-1)e=kλ進行計算第二十五頁，共33頁。第二十三頁，共33頁。這時在屏上出現(xiàn)兩排小亮點，調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個螺釘，使反射光和入射光基本重合（兩排亮點中最亮的點重合且與入射光基本重合）。第二十五頁，共33頁。小結(jié)：劈尖干涉條紋特點(3)邁克爾遜干涉儀實驗?zāi)芊裼命c光源為什么。這時在屏上出現(xiàn)兩排小亮點，調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個螺釘，使反射光和入射光基本重合（兩排亮點中最亮的點重合且與入射光基本重合）。（一）調(diào)整邁克爾遜干涉儀，觀察非定域干涉、等傾干涉的條紋

①對照實物和講義，熟悉儀器的結(jié)構(gòu)和各旋鈕的作用；

②點燃He—Ne激光器，使激光大致垂直M1。這時在屏上出現(xiàn)兩排小亮點，調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個螺釘，使反射光和入射光基本重合（兩排亮點中最亮的點重合且與入射光基本重合）。這時，M1和M2大致互相垂直，即M1／、M2大致互相平行。

第十三頁，共33頁。③在光路上放入一擴束物鏡組，它的作用是將一束激光匯聚成一個點光源，調(diào)節(jié)擴束物鏡組的高低、左右位置使擴束后的激光完全照射在分光板G1上。這時在觀察屏上就可以觀察到干涉條紋（如完全沒有，請重復上面步驟）再調(diào)節(jié)M1下面的兩個微調(diào)螺絲使M1／、M2更加平行，屏上就會出現(xiàn)非定域的同心圓條紋。

第十四頁，共33頁。2.將薄膜放入光路進行實驗設(shè)厚度為e，折射率為n，把薄膜放到其中一條光路上，光經(jīng)過薄膜，光程差改變2(n-1)e，再數(shù)出并記下實驗前后干涉條紋移動條數(shù)k再利用公式：2(n-1)e=kλ進行計算記下實驗結(jié)果數(shù)據(jù)處理第十五頁，共33頁?！咀⒁馐马棥?/p>

1、任何光學面不得用手摸，如需要用鏡頭紙輕輕擦拭。

2、本實驗的重點和難點是粗調(diào)即步驟③，需反復調(diào)節(jié)M1和M2背面的三個螺釘，但必須均勻調(diào)節(jié)，否則會造成儀器的損壞。

由于邁克爾遜干涉儀的測量精度較高，反方向轉(zhuǎn)動微動手輪測量另一組數(shù)據(jù)時，一般需要轉(zhuǎn)動20多圈方可消除“空回誤差”，這時也可直接反方向轉(zhuǎn)動粗動手輪達到消除“空回誤差”的目的

第十六頁，共33頁。邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用微小位移測量測折射率測波長可測量10^-7m的微小位移第十七頁，共33頁。相關(guān)論文邁克爾遜干涉儀實驗論文袁同慶網(wǎng)絡(luò)一班090602143摘要：物理實驗課的開設(shè)對激發(fā)學生的求知欲,拓寬其知識面,培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力等方面都具有重要意義.本文以邁克耳遜干涉儀實驗為例,討論了怎么利用邁克爾遜干涉儀測量透明介質(zhì)的折射率和厚度還討論了轉(zhuǎn)動手輪時干涉條紋的吞吐以及干涉條紋的疏密的原因,而且還對能否用點光源做該實驗以及把單色光換成白光來做此實驗想看到干涉條紋所滿足的條件做出了討論。關(guān)鍵字:折射率,厚度,干涉條紋吞吐,點光源,白光干涉第十八頁，共33頁。這學期,我們做了光學部分以及近代物理相關(guān)的實驗,下面就對邁克爾遜干涉儀這個實驗做深入討論.通過做這個實驗,我熟悉了邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)和工作原理,掌握了邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)方法,觀察到了等傾干涉條紋,并且測量到了半導體激光的波長,還了解到了時間的相干,但深入思考,想到了一下幾個問題:(1)怎么利用邁克爾遜干涉儀測量透明介質(zhì)的折射率，怎么用邁克爾遜干涉儀測量一個玻璃薄片的厚度。(2)轉(zhuǎn)動手輪時干涉條紋吞吐以及干涉條紋的疏密的原因是什么第十九頁，共33頁。(3)邁克爾遜干涉儀實驗?zāi)芊裼命c光源為什么。(4)假如把單色光換成白光,想看到干涉條紋必須滿足什么條件。從擴展光源S射來的光在G1處分成兩部分,反射光⑴經(jīng)G1反射后向著M2前進,透射光⑵透過G1向著M1前進,這兩束光分別在M2,M1上反射后逆著各自的入射方向返回,最后都達到E處.因為這兩束光是相干光,因而在E處的觀察者就能夠看到干涉條紋.第二十頁，共33頁。由M1反射回來的光波在分光板G1的第二面上反射時,如同平面鏡反射一樣,使M1在M2附近形成M1的虛像M1′,因而光在邁克爾遜干涉儀中自M2和M1的反射相當于自M2和M1′的反射.由此可見,在邁克爾遜干涉儀中所產(chǎn)生的干涉與空氣薄膜所產(chǎn)生的干涉是等效的.當M2和M1′平行時(此時M1和M2嚴格互相垂直),將觀察到環(huán)形的等傾干涉條紋.一般情況下,M1和M2形成一空氣劈尖,因此將觀察到近似平行的干涉條紋(等厚干涉條紋).第二十一頁，共33頁。(1)怎么利用邁克爾遜干涉儀測量透明介質(zhì)的折射率怎么用邁克爾遜干涉儀測量一個玻璃薄片的厚度現(xiàn)就假如已知某透明介質(zhì)的厚度,要測該透明介質(zhì)的折射率,我們可以通過以下步驟來實現(xiàn):①以鈉光為光源調(diào)出等傾干涉條紋。②移動M2鏡,使視場中心的視見度最小,記錄M2鏡的位置;在反射鏡前平行地放置玻璃薄片,繼續(xù)移動M2鏡,使視場中心的視見度又為最小,再記錄M2鏡位置,連續(xù)測出6個視見度最小時M2鏡位置。③用逐差法求光程差Δd的平均值,再除以該透明介質(zhì)得厚度,就是折射率。第二十二頁，共33頁。知道了用上面的方法來測折射率就很容易求得一個玻璃薄片的厚度,跟上面的第一跟第二個步驟是一樣的,第三個步驟只需把除以介質(zhì)的厚度改成折射率就可以求得該介質(zhì)的厚度了.(2)轉(zhuǎn)動手輪時干涉條紋吞吐以及干涉條紋的疏密的原因是什么1.在兩光源非常近的時候(極限情況重合),兩光源到軸外點的距離差異與兩光源到平面中心點的距離差異近乎相同差值很小,意味著光程差在很大的角度內(nèi)變化不大,條紋疏.2.當兩個光源距離比較遠時(比如說考慮成一個光源就在平面上,令一個光源與之有一定距離):兩光源到軸外點的距離差異與兩光源到平面中心點的距離差異相比較可知差別較大,意味著光程差在于第一種情況相同的角度區(qū)間中變化要大,條紋密。第二十三頁，共33頁。上述第2種情況可輕松的看出:兩光源到軸外點的距離差比到平面中心點的距離差有減小的趨勢,因此可判斷:內(nèi)環(huán)為干涉高級次,外環(huán)為干涉低級次.判斷吞吐環(huán):光程差增大,意味著環(huán)心干涉將由低級次變?yōu)楦呒壌?由上面的同心環(huán)級次排布可知,原來的低級次環(huán)必定外移,意味著中心是吐環(huán).反之吞環(huán).(3)邁克爾遜干涉儀實驗?zāi)芊裼命c光源為什么不能.理論上是用平行光,如果用點光源當然也必然會有干涉現(xiàn)象,但是不利于觀察.當然如果點光源也能和太陽一樣就沒問題,一是要光夠強,二是距離夠遠,達到干涉位置的時候能近似平行光.但是現(xiàn)實中是不可能有這種光源的,所以不可以用電光源來代替.第二十四頁，共33頁。4)假如把單色光換成白光,想看到干涉條紋必須滿足什么條件。如果用白光作為光源(因為白光是有好幾種光組成的,單一的光受干涉波動比較小,多種光受的干涉比較大,就豐富了,之間的差別就更明顯,參照性更強.如果單純的一種光源,對比性不夠強,很多內(nèi)部的區(qū)別表現(xiàn)不夠明顯……),無論是電光源還是面光源,要看到干涉條紋,必須滿足光程差小于光源的相干長度的要求,即2dcosi<ΔL.對于具有連續(xù)光譜的白光,ΔL極小,因而僅當d約等于0時,才能看到彩色的干涉條紋。第二十五頁，共33頁。第二十六頁，共33頁。參考文獻：1姚安居，吳慶州.普通實驗.中國礦業(yè)大學出版社。2劉尚晉,普通物理實驗．武漢工業(yè)大學出版社。3林抒,普通物理實驗．高等教育出版社。第二十七頁，共33頁。實驗方法二利用等厚干涉測量薄膜厚度實驗?zāi)康模簻y量1A薄膜厚度實驗工具：劈尖干涉儀，薄膜第二十八頁，共33頁。相鄰條紋所對應(yīng)的厚度差：小結(jié)：劈尖干涉條紋特點1.條紋級次k

隨著劈尖的厚度而變化，因此這種干涉稱為等厚干涉。條紋為一組平行于棱邊的平行線。2.空氣劈尖由于存在半波損失，棱邊上為零級暗紋。第二十九頁，共33頁?？諝?4)測薄膜厚度第三十頁，共33頁。實驗步驟