《光的干涉和干涉仪》PPT课件.ppt
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1、第3章 光的干涉和干涉仪v分振幅干涉3.6 平行平板产生的干涉 等倾干涉3.7 楔形平板产生的干涉 等厚干涉3.8 用牛顿环测量透镜的曲率半径3.10 迈克尔逊干涉仪分振幅干涉分波面干涉:1、空间相干性要求 b或s2、光源太弱分振幅干涉:1、时间相干性Lc2h2、扩展光源产生分振幅:玻璃平板夹于两块玻璃板间的空气薄层“虚平板”平行平板:等倾干涉楔形平板:等厚干涉分振幅双光束干涉(division of amplitude division of amplitude)3-6-1 条纹的定域1、非定域条纹:点光源点光源S照射平行平板:从S出发的两支光相遇到P。由于P点任意,在任何位置都会得到清晰的
2、干涉条纹,称为非定域条纹。条纹是同心圆。SPS1S23-6 3-6 平行平板干涉平行平板干涉等倾干涉等倾干涉 2、定域条纹:扩展光源光源以S为中心扩展,光源上各点在P点附近产生的条纹之间有位移,所以P点附近条纹的可见度将要降低。在平行平板时的某个平面,其可见度也不降低,这个平平行平板时的某个平面,其可见度也不降低,这个平面称为定域面,所观察到的条纹称为面称为定域面,所观察到的条纹称为定域条纹定域条纹。PEDnnnCNShA12BF定域面:根据关系式b/,令0来确定。如果b ,P点可以观察到条纹;如果bbc=/,条纹消失。对平行平板,由0的作图法所确定的定域面离平板无穷远。AD和CE代表的两个出
3、射光波是入射光波以振幅分割法分解出来的。PEDnnnCNShA12BF3-6-2 等倾干涉条纹1、光程差和等倾条纹从光源S出发的到达物镜焦平面上任一点P的两支光SADP和SABCEP,是由同一入射光SA分出的,并且离开平行平板时互相平行,它们的光程差是:PEDnnnCNShA12BF当平板两边介质的折射率小于或大于平板的折射率时,从平板两表面反射的两支光中有一支光发生“半波损失”,此时需要加上附加程差/2,当平板折射率介于两边介质的折射率之间时,没有附加程差 焦平面上的强度分布公式:亮暗干涉条纹取决于下列条件:亮纹:暗纹:具有相同入射角的光经平板两表面反射形成的反射光在其相遇点有相同的光程差,
4、也就是说,凡凡入入射射角角相相同同的的光光就就形形成成同同一一干干涉涉条条纹纹,出于这样的原因,通常把这种干涉条纹称为等倾条纹。等倾条纹与光源S位置无关,只与光的入射角有关,在采用扩展光源照明时,条纹的可见度不会降低。这结论只在特定的观察面上正确,定域在无穷远。亮条纹亮条纹暗条纹暗条纹m=0,1,2,m=0,1,2,、圆形等倾条纹 海定格(Haidinger)干涉仪1)海定格条纹等倾条纹的形状与观察望远镜的方位有关,当望远镜物镜的轴与平板垂直时,条纹是一组同心圆环,其中心对应120的光线。2)在焦平面上,可看到一组等倾圆环条纹,每一圆环与光源各点发出的相同入射角的光相对应。等倾条纹的位置只与形
5、成条纹的光束入射角有关,而与光源的位置无关。因而光源的扩大,只会增加干涉条纹的强度,而并不会影响条纹的可见度。设中心点的干涉级数为m0,3)干涉级数:可见条纹中心的干涉级次最大m0不一定是整数(即中心未必是最亮点)m0=m1+q其中m1是最靠近中心的亮条纹的整数干涉级,q1中心从中心向外计算,第N个亮条纹的干涉级次为m1-(N-1),则该条纹的角半径 可由下式求出 或所以1和2都很小,4)条纹角半径应用:利用等倾圆条纹检验平板的质量v条纹半径计算条纹角间距等式两边求微分由折射定律 可知1、2较小条纹的角间距条纹的角间距可见:靠近中心,级数大,条纹疏,离中心越远,条纹越密特点:1、愈接近等倾条纹
6、中心,干涉级也愈高。h大则m大;2、条纹的半径与 成比例,平板愈厚条纹也愈密。3、靠近中心的条纹较疏,离中心愈远条纹愈密。干涉装置中,光波长600nm,平板厚度h=2mm,折射率,其下表面涂上高折射率介质,透镜焦距20cm,问:1、在反射光方向观察到圆环中心是亮还是暗?2、从中间向外,第10个亮环半径是多少?3、第10个亮环处条纹间距多少?书P106 例 3.9 检验平板厚度均匀性的装置中,移动平板,通过望远镜观察条纹。(1)平板从A处移动到B处,观察到有10个暗纹向中心收缩并一一消失,决定AB两处平板的厚度差(2)若所用的光源光谱宽为,平均波长为500nm,问只能检测多厚的平板(1 1)平行
7、平板的光程差)平行平板的光程差 条纹收缩并消失可见平板厚度从条纹收缩并消失可见平板厚度从A A到到B B减小减小条纹中心条纹中心=0=0(2 2)光源相干长度)光源相干长度3.6.4 透射等倾(透反射互补透反射互补)两支透射光之间没有附加的半波损失,其光程差为=2nh cos可见度很低 反射率较低时,两支透射光的强度相差很大,透射光等倾干涉条纹的可见度很低3-7 楔型平板产生的干涉楔型平板产生的干涉等厚干涉等厚干涉 楔形平板,点光源照明,空间任何平面上都可形成干涉条纹,这种条纹是非定域的。光源是扩展光源,由于光源上每一点都产生自己的一组非定域条纹,干涉条纹不能够在任何平面上看到,条纹是定域的。
8、SsPS1S2定域面及定域深度1)定域面 干涉定域面为空间曲面定域面的位置根据关系式b/,由0的作图法确定。当光源与楔形平板的棱边各在一方时,定域面在楔形平板的上方;而当光源与楔形平板在同一方时,定域面在楔形平板的下方。楔形平板两表面的楔角愈小,定域面离平板愈远,平板成为平行平板时,定域面过渡到无穷远。在楔形平板两表面的楔角不是太小,厚度足够小,定域面实际上很接近楔形平板和薄膜的表面。2)定域深度干涉条纹不仅发生在0所确定的定域面上,在定域面附近的区域内也能看到条纹,只是条纹的可见度有所下降。所以说干涉定域具有一定的深度。光源愈大、干涉定域的深度愈小;光源愈小,干涉定域的深度愈大,光源为点光源
9、时,干涉变为非定域的。定域深度与光源大小成反比干涉孔径影响定域的深度,对于非常薄的平板,非常薄的平板,实际上很小实际上很小,因而干涉定域的深度很大,干涉定域的深度延伸到薄板的表面,所以当我们把眼睛和观察仪器调节在薄板表面时,能够看到清晰的干涉条纹。光源宽度光源宽度:b(S:b(S1 1S S0 0S S2 2)当平行光投射到厚度很薄、夹角很小的楔形平板表面时,由上下两表面反射的光在上表面相遇产生干涉。光程差:直射与斜射:bmaxS1S0用眼睛直接观察比通过物镜成象进行观察,更容易找到干涉条纹。1、人眼能自动调节,使最清晰的干涉条纹成象在网膜上;2、眼的瞳孔比透镜的孔径小许多,它限制了进入瞳孔的
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