第十五光的干涉演示文稿

第十五光的干涉演示文稿目前一頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點（優(yōu)選）第十五光的干涉目前二頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點

相干光的獲得分波陣面法分振幅法薄膜干涉楊氏雙縫干涉雙棱（面）鏡干涉洛埃鏡干涉等傾干涉等厚干涉邁克爾遜干涉儀牛頓環(huán)劈尖干涉增透膜增反膜二、獲得相干光的方法把將一點光源發(fā)出的光分成兩束，即將每個分子或原子發(fā)出的每一個波列都一分為二，這樣分出的兩束光滿足相干條件，稱相干光，該光源稱為相干光源。目前三頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點表明，光在進(jìn)入折射率大的媒質(zhì)中傳播時，波長變短。光在不同媒質(zhì)中傳播時速度不同，而對于給定的單色光，頻率

在不同媒質(zhì)中是一定的。在折射率為

n的媒質(zhì)中波長為：—真空中波長

1.光程三、光程與光程差相位差的計算在分析光的干涉現(xiàn)象時十分重要。為了比較、計算光經(jīng)過不同媒質(zhì)時引起的相差，引入光程的概念。目前四頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點假設(shè)光在某一媒質(zhì)中傳播的幾何路程為(PQ)，則P點對Q點的振動相位差為

把光在不同媒質(zhì)中的通過的路程折合到在真空中的路程。這樣折合的好處是可以統(tǒng)一用光在真空中的波長λ0來計算光的相位變化。光程。說明光在折射率為n的介質(zhì)中走x路程所引起的相位改變與該光在真空中走nx路程所引起的相位改變相同。目前五頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點2.光程差：兩列光波傳到空間某點時的光程之差。引入光程差后，兩束相干光到達(dá)場點的相位差為：目前六頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點討論相干光時，常常要計算光程差。通常，兩相干光源滿足，相位差與光程差的關(guān)系目前七頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點［例1］設(shè)兩束光在空氣中傳播，其中一束光穿過折射率為n、厚度為t的透明介質(zhì)，S1P＝S2P，求兩束光的光程差。［解］：該結(jié)果表明，在光路中插入透明介質(zhì)片后，會引入附加光程：S2S1rrtPn目前八頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點§15.2分波陣面法產(chǎn)生的干涉從同一波陣面上獲得的兩個分光源滿足相干光條件一、楊氏雙縫干涉1.干涉條紋的特點：1）屏幕上出現(xiàn)的是平行、等間距的明、暗直條紋。2）以白光入射，除中央仍為白色外，兩側(cè)條紋按波長對稱排列，形成不同級次的光譜。3）條紋級次增大時，不同級次的條紋會發(fā)生重迭。目前九頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點2.干涉條紋的明暗條件：兩束光在折射率為n的媒質(zhì)中相遇，P點合光強取決于兩束光的光程差(當(dāng)D》d):（K=0、1、2…）當(dāng)時，P處為明條紋，得S1S目前十頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點（K=0、1、2…）相鄰明（或）暗條紋的間距為：當(dāng)時，P處為暗條紋，得目前十一頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點

（2）d、n

改變也將引起條紋移動。3.干涉條紋的動態(tài)研究任何兩條相鄰的明（或暗）條紋所對應(yīng)的光程差之差一定等于一個波長值。干涉條紋在屏上的位置（級次）完全由光程差決定，當(dāng)某一參量引起光程差的改變，則相應(yīng)的干涉條紋就會發(fā)生移動。

（1）當(dāng)、D增大（或減小）時，條紋將遠(yuǎn)離（趨近）屏幕中心向外（向里）平移。同時條紋間距隨之增大（減?。?；目前十二頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點

[例2]

在楊氏雙縫的其中一縫前面，放一折射率為n、厚度為t的透明介質(zhì)片，試討論屏上的干涉條紋如何變化.

[解]：介質(zhì)片的插入，使由S1發(fā)出的光線增加了光程（n-1)t，因而使到達(dá)P點的兩條相干光的光程差減小，則P點處的干涉級次降低，即屏幕上的條紋整體向上平移.移動的級數(shù)為：xDdoS1S2p·ntS目前十三頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點二、洛埃鏡實驗特別指出：如果把屏幕移近到和鏡面邊緣N相接觸時，在接觸處實驗結(jié)果卻是暗紋，其它條紋也有相應(yīng)的變化。實驗表明：光從光疏介質(zhì)射到光密介質(zhì)界面時，在掠射（）或正入射（）的情況下，反射光的相位較之入射光的相位有π的突變，即此時反射光反射過程產(chǎn)生了半個波長的附加光程差。常稱“半波損失”討論光波疊加時計算光程差要考慮是否存在“半波損失”目前十四頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點§15.3分振幅法產(chǎn)生的干涉——薄膜干涉薄膜利用透明介質(zhì)的第一和第二表面對入射光的依次反射，將入射光的振幅分解為若干部分，由這些光波相遇所產(chǎn)生的干涉，稱為分振幅法干涉。目前十五頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點一、薄膜干涉的光程差公式明暗紋條件CD目前十六頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點目前十七頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點入射光掠入射（i≈90°）或正入射（i=0）情況下：

明、暗紋條件：滿足n1<n2<n3或n1>n2>n3時，不計半波損失。滿足n1<n2>n3或n1>n2<n3時，計入半波損失；目前十八頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點（1）無半波損失時，明、暗紋均取k=0、1、2、…明紋：k=1、2、…；暗紋：k=0、1、2、…。（2）有半波損失時，明紋（相干）暗紋（相消）當(dāng)垂直入射時，即i=0

則明紋（相干）暗紋（相消）目前十九頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點當(dāng)薄膜和周圍介質(zhì)的折射率及入射光的波長給定之后，在上、下表面反射的相干光的光程差就取決于膜厚e（等厚干涉）及光線的入射角i（等傾干涉）。等厚干涉等傾干涉目前二十頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點二、等傾干涉對于厚度均勻的薄膜，凡以相同傾角入射的光，經(jīng)膜的上、下表面反射后產(chǎn)生的相干光束都有相同的光程差，從而形成同一級干涉條紋。目前二十一頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點目前二十二頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點1.增透膜在透鏡表面鍍一層薄膜，利用干涉原理，使反射光產(chǎn)生相消干涉，從而增加光的透射。對單層增透膜（通常鍍MgF2，n2=1.38），反射相干光滿足：n2e——光學(xué)厚度膜

n1=1.0n2=1.38n3=1.50目前二十三頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點2.高反射膜增反膜是利用在薄膜上、下表面反射光相長干涉的原理，使反射光得到增強。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，工藝上通常采用多層膜。對于一般的照相機和目視光學(xué)儀器，通常選黃綠光作為“控制波長”，使膜的光學(xué)厚度等于此波長的1/4，在白光照射下的反射光呈現(xiàn)蘭紫色。目前二十四頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點

[例]在玻璃表面上鍍一層折射率為2.35的硫化鋅透明膜可增強反射。設(shè)一束波長為6000?的單色光從空氣中垂直照射到介質(zhì)膜上，并用照度表測量透射光的強度，當(dāng)介質(zhì)膜的厚度逐漸增大時，透射光的強度發(fā)生時強、時弱的變化。求：當(dāng)觀察到透射光的強度第三次出現(xiàn)最弱時，介質(zhì)膜已鍍了多厚？[解]：反射光強與透射光強始終互補，由題知，反射光應(yīng)三次出現(xiàn)最強，取K=3，目前二十五頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點三、等厚干涉1.劈尖膜平行光接近垂直入射，在上、下表面反射的光相干迭加，在表面處看到干涉條紋。設(shè)薄膜的折射率為n2，明條紋暗條紋Lekek+1明紋暗紋目前二十六頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點干涉條紋分布的特點：(2).

干涉條紋是平行于棱邊的直條紋(3).

相鄰明（暗）紋間距L：（適于平行光垂直入射）只有在

很小的劈尖上，才能看到干涉條紋Lekek+1明紋暗紋劈棱(1).

當(dāng)有半波損失時，在劈棱處為暗紋，否則為一亮紋；目前二十七頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點(4)當(dāng)某種原因引起膜的等厚線發(fā)生變化時，將引起條紋作相應(yīng)地移動。A.膜厚增加B.膜厚減薄利用薄膜干涉的原理，可測量單色光的波長、測出微小的角度，在工程技術(shù)中常來測定細(xì)絲的直徑、薄片的厚度等等。等厚線等厚線條紋向劈棱方向平移條紋向遠(yuǎn)離劈棱方向平移目前二十八頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點目前二十九頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點［解］：方法一，由于n1<n2<n3，故不計半波損失。MN［例］在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中，為測定硅片上的Si02薄膜厚度，將薄膜一側(cè)腐蝕成劈尖形狀，如圖。用鈉黃光從空氣中垂直照射到Si02表面上，在垂直方向上觀察Si02劈尖膜的反射光干涉條紋，看到有七條暗紋，第七條恰位于N處，問薄膜的厚度？目前三十頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點第七條暗紋，k=6方法二：相鄰暗紋間的膜厚之差明、暗紋間的膜厚之差故：?MN目前三十一頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點2.牛頓環(huán)其裝置是由一塊曲率半徑很大的平凸透鏡與平玻璃接觸，構(gòu)成上表面為球面，下表面為平面的（空氣）劈尖，劈尖等厚軌跡線是以接觸點O為圓心的一系列同心圓環(huán)，故干涉圖樣為一組明暗相間且間距不等的同心圓環(huán)。因其最早被牛頓觀察到的，故稱為牛頓環(huán)平玻璃平凸透鏡暗環(huán)目前三十二頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點明環(huán)暗環(huán)e《R明、暗圓環(huán)公式：目前三十三頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點當(dāng)牛頓環(huán)內(nèi)充以某種折射率為n的透明液體時，目前三十四頁\總數(shù)三十九頁\編于十八點干涉條紋的特點：(1).干涉圖樣是以接觸點為圓心的一組明、暗相間的同心圓環(huán)，有半波損失時，中間為一暗斑。(2).從中心向外，條紋級數(shù)越來越高，條紋的間隔越來越密。(3).用白光照射將形成彩色光譜，對每一級光譜，紅色的在外圈，紫色的在內(nèi)圈。(4).增大透鏡與平板玻璃間的距離，膜的等厚線向中心收縮，則干涉圓環(huán)也向中心收縮（內(nèi)陷），膜厚每改變，條紋就向外冒出（