十六講薄膜環(huán)等厚應(yīng)用干涉儀時(shí)間相干性修復(fù)

1§10-7薄膜干涉現(xiàn)象光碟表面的色彩

(干涉和衍射)肥皂泡或水面油膜的色彩原理光源透明薄膜2DB面為等相面一、薄膜干涉公式3明紋暗紋薄膜干涉明暗紋條件●干涉圖樣由厚度d和入射角i決定?！癞?dāng)薄膜下方的介質(zhì)折射率與薄膜上方的不同時(shí)，

中是否有附加

/2的光程差，要依薄膜及上下介質(zhì)具體情況而定?！裢干涔庖材墚a(chǎn)生干涉。4明紋暗紋透射光干涉公式透射光兩光之間無(wú)附加程差:透射光的干涉●透射光干涉加強(qiáng)和減弱條件恰與反射光相反。◎反射和透射光干涉圖樣互補(bǔ)。5當(dāng)光垂直入射時(shí)等厚干涉—入射角i

固定時(shí)的干涉。此時(shí)同一級(jí)干涉條紋由薄膜厚度d

相等的點(diǎn)的軌跡（等厚線）構(gòu)成。二、等厚干涉、劈尖62.劈尖條紋間距

：劈尖角(明紋)明紋暗紋明紋暗紋71.劈尖的等厚干涉條紋是平行于棱邊的明暗相間的直條紋。2.條紋是等間距的，與級(jí)次k無(wú)關(guān)：（

一般很?。驐l紋寬度正比于波長(zhǎng)

，反比于劈尖角

。總結(jié)第k級(jí)處厚度明紋暗紋8當(dāng)劈尖為空氣楔時(shí)，3.任意兩條相鄰的明紋或暗紋之間的薄膜厚度差4.棱邊上，則●當(dāng)膜厚每增加

干涉條紋向劈尖方向移動(dòng)一條，反之則向劈尖的反方向移動(dòng)一條。暗紋明紋9三、等厚干涉的應(yīng)用1.檢查平面與直角A：標(biāo)準(zhǔn)平面；B：待測(cè)樣品。合格樣品存在凹坑存在凸起A：標(biāo)準(zhǔn)角規(guī)；B：待測(cè)樣品。合格樣品偏離直角10用測(cè)微顯微鏡測(cè)出L、l，即可得到d。2.測(cè)量微小厚度或微小角度待測(cè)物如細(xì)絲、紙張等，測(cè)其直徑或厚度d。更換已知條件，用此原理同樣可以測(cè)量微小角度

。11例：干涉膨脹儀C：熱膨脹系數(shù)極小的容器；M：被檢樣品；A：透光平板。原理：溫度升高時(shí)，膜厚減小，觀察鏡中可看到干涉條紋移動(dòng)。溫度升高

t時(shí)，數(shù)出移動(dòng)的條紋數(shù)目N，則樣本增高：熱膨脹系數(shù)：3.測(cè)量厚度的微小變化12例：空氣中一厚度為480nm的肥皂膜在白光照射下呈現(xiàn)出色彩。設(shè)肥皂膜折射率n=1.33，問(wèn)該膜的正、反面各呈什么顏色？解：據(jù)題意，經(jīng)膜上、下表面反射的兩光之間有附加

/2的光程差，故反射光干涉相長(zhǎng)條件為在可見(jiàn)光范圍(400~760nm)(紫色)透射光干涉相長(zhǎng)條件(綠色)(紅色)13四、牛頓環(huán)由平板玻璃B和曲率半徑很大的凸透鏡A組成。在膜厚為d處的光程差牛頓環(huán)干涉圖樣裝置光源顯微鏡明、暗環(huán)半徑膜厚d處對(duì)應(yīng)的環(huán)半徑r：明環(huán)半徑暗環(huán)半徑明紋暗紋15故中心為最低級(jí)次；邊緣為最高級(jí)次。討論1.從反射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？答：暗點(diǎn)(零級(jí))。2.條紋間距是否相等，為什么？答：不等距，dk

rk2，離中心越遠(yuǎn)，光程差增加越快,干涉環(huán)也越密。明環(huán)半徑暗環(huán)半徑暗明164.用白光照射時(shí)的干涉圖樣？3.將牛頓環(huán)置于n

>1的液體中，條紋如何變化？答：同級(jí)干涉環(huán)半徑變小，干涉條紋變密。答：將出現(xiàn)由紫到紅的彩色干涉環(huán)。明環(huán)半徑暗環(huán)半徑被檢體被檢體R<R0,出現(xiàn)牛頓環(huán)，加壓，條紋向中心移動(dòng)R>R0,出現(xiàn)牛頓環(huán)，加壓，條紋向邊緣移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)透鏡標(biāo)準(zhǔn)透鏡下一頁(yè)上一頁(yè)18五、增透膜、增反膜令k

=0，得增透膜最小厚度◎增透膜—利用反射光干涉相消原理，增強(qiáng)透射光.如圖：玻璃表面上鍍一層膜，滿足，設(shè)光線垂直入射，則膜上下表面光程差為反射光相消條件：空氣玻璃氟化鎂19因而某些涂增透膜的鏡頭在白光照射下呈現(xiàn)紫紅色?！蛟龇茨ぁ冞m當(dāng)厚度和折射率的介質(zhì)膜，使反射光產(chǎn)生干涉極大，獲得高反射。由于一次反射的光一般都較弱,所以實(shí)際上采用折射率大小交替變化的多層膜系，使最終的反射大為增強(qiáng)。例：為使綠光反射相消，則膜厚20棱邊o處，d=0，所以為明紋。k=0為第一條暗紋，…k=4為第五條暗紋即在頂端a

：暗紋條件例：劈尖的折射率為n2，其上、下介質(zhì)的折射率滿足關(guān)系：

為棱邊。當(dāng)用波長(zhǎng)為

的單色光垂直照射時(shí)，劈尖頂端a為第五條暗紋，求高度h。解：依題意有21M1、M2—反射鏡G1—半透明半反射鏡G2—補(bǔ)償板S—光源L—透鏡E—觀察窗一、構(gòu)造及光路圖§10-8邁克爾遜干涉儀22二、分析M

1:M1經(jīng)M2所成的像；●等傾干涉當(dāng)M1

不垂直于M2

M

1不平行于M2。●等厚干涉M

1與M2之間等效于薄膜。等傾干涉等厚干涉光程差:☆若M1移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng)，則光程差改變一個(gè)波長(zhǎng)，視場(chǎng)中將看到一個(gè)條紋移過(guò)?！町?dāng)有移過(guò)N個(gè)條紋，則M1平移的距離為應(yīng)用：測(cè)量長(zhǎng)度的微小變化、測(cè)量光波長(zhǎng)等。干涉條紋的移動(dòng)當(dāng)與之間距離變大時(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;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.24例：邁克爾遜干涉儀的兩光路中分別放有長(zhǎng)為20cm

的真空玻璃管，入射光波長(zhǎng)為546nm。當(dāng)在兩管之一充入氬氣時(shí)，觀察到干涉條紋移動(dòng)了205條，求氬氣的折射率。解：充入氬氣后兩光路的光程差問(wèn)題：

1.單色光入射時(shí)，為何只能在中央條紋附近看到有限的為數(shù)不多的幾條干涉條紋？2.日光下能觀察到油膜或肥皂膜上的彩色干涉條紋，但為何光經(jīng)玻璃上下表面反射后卻不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象？25§10-9光的單色性對(duì)干涉條紋的影響，時(shí)間相干性解釋：由普通光源的發(fā)光機(jī)制可知，普通光源的波列長(zhǎng)度有限。若光程差太大，則同一列波分別經(jīng)上下表面反射后光波不能相遇，因而不產(chǎn)生干涉。時(shí)間相干性—這種由原子一次發(fā)光所持續(xù)的時(shí)間（波列長(zhǎng)度）來(lái)確定的光的相干性問(wèn)題稱為時(shí)間相干性。26●t

越大，則L越長(zhǎng)，光波的相干性就越好。結(jié)論—產(chǎn)生光的干涉還須滿足附加條件：★原子一次發(fā)光的持續(xù)時(shí)間

t稱為相干時(shí)間，相應(yīng)的波列長(zhǎng)度L稱相干長(zhǎng)度。●時(shí)間相干性源于光源發(fā)光過(guò)程在時(shí)間上的斷續(xù)性。★相干長(zhǎng)度與譜線寬度的關(guān)系：

：譜線中心波長(zhǎng)

：譜線寬度27光的單色性越好，光的相干長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，光的時(shí)間相干性也就越好。光的單色性與相干長(zhǎng)度的關(guān)系激光的單色性很好，因而相干長(zhǎng)度很長(zhǎng)，具有很好的時(shí)