平行平板的双光束干涉.ppt

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1、12-4 12-4 平板的双光束干涉平板的双光束干涉分波阵面法的干涉：分波阵面法的干涉：受到空间相干性的限制（干涉孔径角受到空间相干性的限制（干涉孔径角总有一定大小，且总有一定大小，且 ），只能使用有限大小的光源，），只能使用有限大小的光源，在实际中不能满足条纹亮度的要求（激光光源除外）。为在实际中不能满足条纹亮度的要求（激光光源除外）。为了使用扩展光源，必须实现干涉孔径角等于零的干涉。了使用扩展光源，必须实现干涉孔径角等于零的干涉。分振幅法分振幅法:利用透明介质的第一和第二利用透明介质的第一和第二表面对入射光的依次反射，将入射光的表面对入射光的依次反射，将入射光的振幅分解为若干部分，由这些光

2、波相遇振幅分解为若干部分，由这些光波相遇所产生的干涉，称为分振幅法干涉。所产生的干涉，称为分振幅法干涉。在使用扩展光源的同时，保持清晰的条在使用扩展光源的同时，保持清晰的条纹，解决条纹亮度与可见度的矛盾。纹，解决条纹亮度与可见度的矛盾。pS S*1干涉条纹的定域干涉条纹的定域两个单色相干点光源在空间任意一点相遇，总有一确定的两个单色相干点光源在空间任意一点相遇，总有一确定的光程差，从而产生一定的强度分布，并都能观察到清晰的光程差，从而产生一定的强度分布，并都能观察到清晰的干涉条纹，这种干涉称为干涉条纹，这种干涉称为非定域干涉非定域干涉。在扩展光源情况下，由光源上不同点源出发到达该点的产在扩展光

3、源情况下，由光源上不同点源出发到达该点的产生双光束干涉的光程差不同，当光程差变化生双光束干涉的光程差不同，当光程差变化/4的区域，的区域，条纹可见度下降，观察不到清晰的干涉条纹；而在条纹可见度下降，观察不到清晰的干涉条纹；而在/4的区域，尽管采用了扩展光源，仍可看到清晰的干涉条纹。的区域，尽管采用了扩展光源，仍可看到清晰的干涉条纹。能够得到清晰条纹的区域称为定域区（能够得到清晰条纹的区域称为定域区（定域干涉定域干涉）。）。可见，定域干涉是和扩展光源的使用联系在一起，它本质可见，定域干涉是和扩展光源的使用联系在一起，它本质上是一个空间相干性问题。上是一个空间相干性问题。2透镜的等光程性透镜的等光

4、程性透镜的等光程性透镜的等光程性 在干涉和衍射实验中，常常用薄透镜将平行光线会聚成一点，而不会引起附加的光程差，只能改变光波的传播方向。经过主光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过主光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过副光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过副光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过副光轴的点光源发出的光汇聚到经过副光轴的点光源发出的光汇聚到S点，每条光线的光程相等。点，每条光线的光程相等。3一、一、等倾干涉等倾干涉（暗）=2.1.4 2.1.4 分振幅干涉分振幅干涉 1 1、等倾干涉相长与相消的条件等倾干涉相长与相消的条件41、倾角相同

5、的光线形成的干涉光、倾角相同的光线形成的干涉光光强相同。光强相同。问题：问题：1、透射光的干涉情况如何？、透射光的干涉情况如何？2、透镜换成眼睛能看到这些条纹吗？、透镜换成眼睛能看到这些条纹吗？2、所有的平行光汇聚在透镜焦平、所有的平行光汇聚在透镜焦平面上的同一点。使条纹的对比度面上的同一点。使条纹的对比度更高。更高。3、透镜正放，焦面上条纹是一组、透镜正放，焦面上条纹是一组同心圆同心圆。2 2、等倾干涉的特点、等倾干涉的特点5条纹分析67其称为条纹的角间距（相邻条纹对透镜中心的张角），易知，靠近中心的条纹较疏，离中心越远条纹越密。8中央条纹宽，边缘条纹窄。9例题例题例题例题1 1白白光光照照

6、射射空空气气中中的的平平行行薄薄膜膜，已已知知h=0.34 m，n=1.33 问问：当当视视线线与与膜膜法法线线成成 60o 和和 30o 时时观观察察点点各各呈呈什什么么颜颜色色？解解10例题例题例题例题2 2你知道肥皂泡上美丽的彩色花纹是如何形成的吗？在白光照射下，肥皂泡的膜形成等倾干涉条纹。刚吹起肥皂液膜厚度较大，前后表面反射光光程差超过相干长度，不能干涉。随着泡张大，膜厚减小，光程差小于相干长度后产生干涉，白光中反射加强成份显色，显色波长随膜厚减小而改变。当膜厚趋于零时，光程差只有半波损失引起的，各种颜色前后表面反射光的相干差都是/2时，反射相消，膜呈黑色，此时泡将破裂。11例题例题例

7、题例题3 3在比较复杂的光学系统中，入射光的能量往往因多次反射而损失。例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影响成像的质量。常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜，利用薄膜干涉的性质，控制光学原件的对光能的影响，通常有增透增透膜和高反膜膜和高反膜12二、二、等厚干涉等厚干涉第第m条暗纹对应膜厚条暗纹对应膜厚hm相邻相邻两条纹两条纹中心间距中心间距厚度差厚度差劈尖薄膜的等厚干涉劈尖薄膜的等厚干涉13（适于平行光垂直入射）（适于平行光垂直入射）(1).(1).当当有有半半波波损损失失时时，在在劈劈棱棱 处处为为暗暗纹纹，否则为一亮纹；否则为一亮

8、纹；(2).(2).干涉条纹是平行于棱边的直条纹干涉条纹是平行于棱边的直条纹(3).(3).相邻明（暗）纹间距相邻明（暗）纹间距(4).楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏等厚干涉条纹分布的特点：等厚干涉条纹分布的特点：劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、明暗相间劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、明暗相间等距的直条纹。楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏；当等距的直条纹。楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏；当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。纹。14三三.等厚条纹的应用等厚条纹的应用劈尖的应用劈尖的应用测

9、波长：测波长：测折射率：测折射率：测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化测表面不平度测表面不平度等厚干涉型的干涉系统统称为斐索干涉仪。常用于光学零件表面质量的检查，按照测量对象分为：平面干涉仪和球面干涉仪15 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h h待待测块规标准准块规平晶平晶 测表面不平度测表面不平度等厚条等厚条纹待待测工件工件平晶平晶 检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量标准准验规待待测透透镜暗暗纹 16(1)(1)检测待测平面的平整度检测待测平面的平整度由于同一条纹下的空气薄膜厚由于同一条纹下的空气薄膜厚度相同，当待测平面上出现沟度相同，当待测平面上出现沟

10、槽时条纹向左弯曲。槽时条纹向左弯曲。待测平面待测平面光学平板玻璃光学平板玻璃17(2).(2).(2).(2).测量微小物体的厚度测量微小物体的厚度测量微小物体的厚度测量微小物体的厚度将微小物体夹在两薄玻璃将微小物体夹在两薄玻璃片间，形成劈尖，用单色片间，形成劈尖，用单色平行光照射。平行光照射。由由有有18例如用波长为例如用波长为589.3nm589.3nm的钠黄光垂直照射长的钠黄光垂直照射长 L L=20mm=20mm 的的空气劈尖，测得条纹间距为空气劈尖，测得条纹间距为19(3).(3).(3).(3).测量微小角度测量微小角度测量微小角度测量微小角度.例题例题 折射率为折射率为n n=1

11、.60=1.60的两块平面玻璃板之间形成一空气劈的两块平面玻璃板之间形成一空气劈尖，用波长尖，用波长=600nm=600nm的单色光垂直照射，产生等厚干涉条纹，的单色光垂直照射，产生等厚干涉条纹，若在劈尖内充满若在劈尖内充满n n=1.40=1.40的液体，相邻明纹间距缩小的液体，相邻明纹间距缩小l l=0.5mm=0.5mm，求劈尖角，求劈尖角。解：解：设空气劈尖时相邻明纹间距为设空气劈尖时相邻明纹间距为l l1 1，液体劈尖时相邻明纹间，液体劈尖时相邻明纹间距为距为l l2 2，由间距公式，由间距公式20(4)(4)(4)(4)测量微小位移测量微小位移测量微小位移测量微小位移厚度每改变厚度

12、每改变/2n/2n条纹平移一条条纹平移一条(5)(5)测介质折射率测介质折射率21例例 用用等等厚厚干干涉涉法法测测细细丝丝的的直直径径d d。取取两两块块表表面面平平整整的的玻玻璃璃板板，左左边边棱棱迭迭合合在在一一起起，将将待待测测细细丝丝塞塞到到右右棱棱边边间间隙隙处处，形形成成一一空空气气劈劈尖尖。用用波波长长 0 0的的单单色色光光垂垂直直照照射射，得得等等厚厚干干涉涉条条纹纹，测测得得相相邻邻明明纹纹间间距距为为 L L，玻玻璃璃板板长长L L0 0，求求细细丝的直径。丝的直径。解：相邻明纹的高度差解：相邻明纹的高度差d22例例在在半半导导体体器器件件生生产产中中，为为测测定定硅硅

13、片片上上的的Si0Si02 2薄薄膜膜厚厚度度，将将薄薄膜膜一一侧侧腐腐蚀蚀成成劈劈尖尖形形状状，如如图图。用用钠钠黄黄光光从从空空气气中中垂垂直直照照射射到到Si0Si02 2表表面面上上，在在垂垂直直方方向向上上观观察察Si0Si02 2劈劈尖尖膜膜的的反反射射光光干干涉涉条条纹纹，看看到到有有七七条条暗暗纹纹，第第七七条条恰恰位位于于N N处处，问问薄薄膜膜的的厚度？厚度？解：解：MN相邻暗纹间的膜厚之差相邻暗纹间的膜厚之差明、暗纹间的膜厚之差明、暗纹间的膜厚之差故：故：23 （6）测凸透镜的曲率半径）测凸透镜的曲率半径第第 m 级暗环对应级暗环对应半径半径 rm牛牛顿顿环环膜厚膜厚特点特点 级次级次内低外高内低外高 间距间距内疏外密内疏外密24压压环外扩：要打磨中央部分环外扩：要打磨中央部分压压环内缩：要打磨边缘部分环内缩：要打磨边缘部分（7）牛顿环在光学冷加工中的应用）牛顿环在光学冷加工中的应用25