第3章光的干涉2.ppt

实验装置－光纤化的迈克耳逊干涉仪 光源 电子学系统 计算机 探测器 光纤耦合器 样品 光纤聚焦器 反射镜 大葱表皮的 OCT 图像 实际样品大小为10mm×4mm，图中横向分辨率约为20μm 纵向分辨率约为25μm 应用 生物 医学 材料科学 ····· 我国第一台OCT的第一张图 清华原子分子国家重点实验室 兔子眼球前部的OCT图像 晶状体上皮 睫状体 角膜后表面 角膜前表面 清华原子分子国家重点实验室 第3章结束 * * 一、等厚干涉 二、等倾干涉 §4 分振幅法双光束干涉 薄 膜 干 涉 一. 等厚干涉 反射光2 反射光1 · S 1 2 （分振幅法） 两条相干光线的光程差 考虑半波损失 (3)光线垂直入射 反射光1 反射光2 入射光 (1) 同一厚度 d 对应同一级条纹——等厚条纹。 讨论 (2) 公式中有无半波损失项，取决于介质折射率。 无半波损失项 有半波损失项 明纹 暗纹 1.劈尖干涉 平行光垂直入射到劈尖上 光程差 ? e ? n? n? n · A 反射光2 反射光1 入射光(单色平行光垂直入射) (设n n? ) 条纹间距 相邻条纹的光程差差一个波长 条纹间距 明纹 暗纹 讨论 (1) 空气劈尖顶点处是一暗纹 (2) 反映膜的厚度变化 条纹的移动 平移 明纹 暗纹 (5) 测表面不平整度 等厚条纹 待测工件 平晶 D (4) 可测量小角度θ、微位移 x、微小直径 D、波长λ等 (3) 楔角的改变 条纹疏密的变化 改变楔角 明纹 暗纹 为了测量一根细的金属丝直径D，按图办法形成空气劈尖，用单色光照射形成等厚干涉条纹，用读数显微镜测出干涉明条纹的间距，就可以算出D。已知 单色光波长为589.3 nm，测量结果是：金属丝与劈尖顶点距离L=28.880 mm，第1条明条纹到第31条明条纹的距离为4.295 mm 解 由题知 直径 例 求 金属丝直径 D D . S 分束镜M 显微镜 o 牛顿环 装置简图 平凸透镜 平晶 e r R · ? o 形状 2. 牛顿环 光程差 明纹: 暗纹: (1) 测透镜球面的半径R 已知 ?, 测 m、rk+m、rk，可得R (2) 测波长 λ 已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得λ (3) 检测透镜的曲率半径误差及其表面平整度 样板 待测 透镜 条纹 ? 半径 讨论 (4) 透射图样与反射图样互补 二. 等倾干涉 两条光线的光程差 考虑到有半波损失 相长干涉 相消干涉 等倾条纹 L f P o r环 e n? n? n n? i C · 2 1 S i i i · B r A D · · · 薄膜的厚度均匀 则相同倾角的光线光程差相同 观察等倾条纹的实验装置和光路 倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹 —等倾条纹 一系列同心圆环 内疏外密 条纹特点: 形状 条纹间隔分布 条纹级次分布 波长对条纹的影响 膜厚变化时,条纹的移动 中间级次最高 圆纹从中心冒出，并向外扩张，条纹变密 使用面光源条纹更清楚明亮 透射光图样与反射光图样互补 波长越长同级次圆环半径越小 入射角固定 则在波长一定的情况下 光程差只取决于薄膜的厚度 相同厚度的地方对应相同的光程差 2)等倾干涉 薄膜的厚度均匀 则相同倾角的光线光程差相同 两个特殊结果 1)等厚干涉 等倾条纹 牛顿环 如何在实验上区分上述条纹是等倾还是牛顿环? 波长550 nm黄绿光对人眼和照像底片最敏感。要使照像机对此波长反射小，可在照像机镜头上镀一层氟化镁MgF2薄膜，已知氟化镁的折射率 n=1.38 ，玻璃的折射率n=1.55 解 两条反射光干涉减弱条件 增透膜的最小厚度 增反膜 薄膜光学厚度（nd）仍可以为 例 但膜层折射率 n 比玻璃的折射率大 求 氟化镁薄膜的最小厚度 说明 一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上，油膜覆盖在玻璃板上，所用光源波长可连续变化，观察到500nm和700nm这两个波长的光在反射中消失。油的折射率为1.30，玻璃的折射率为1.50 解 根据题意，不需考虑半波损失，暗纹的条件为 例 求 油膜的厚度 一、工作原理 二、条纹特点 §5 迈克耳逊干涉仪 一、迈克耳逊干涉仪的工作原理 光束2′和1′发生干涉 M?1 2 2? 1 1? S 半透半反膜 M2 M1 G1 G2 E 补偿板G2的作用： 无G2时的光程差： 有G2时的光程差： 加强 减弱 光程差 (无半波损失) 获得等倾条纹的条件 获得等厚条纹的条件 M?1、M2 有小夹角 平行光入射 M