5第一章 光的干涉3.ppt

§1—8 迈克尔逊干涉仪 例题： §1-10 干涉现象的应用 牛顿环 例题 课堂小结 * * 迈克尔逊干涉仪是根据分振幅薄膜干涉原理制成的精密仪器，它不仅用于观察和精确测定等倾等厚干涉，而且在光的电磁本性研究（否定‘以太’的存在）和相对论的建立中起了决定性的作用。 一、装置： M1、M2是两块垂直的平面镜，分别称为动镜、定镜；G1和G2是两块材料相同、厚薄均匀、几何形状完全相同且平行放置的光学平板，与水平方向成450角放置。 G1底面镀有半透半反的薄银层； G1 称为分光板，G2称为补偿板。 M2’为M2 对G1镀银层所成的虚象。S为扩展光源，F为接收屏，L1、L2为凸透镜。 L1 F P L2 二、原理： F d0 a2 a1 a 1、光路： 相当于由M1和M2‘所形成的厚为d0的空气薄膜上下两个表面的两束反射光的干涉。 F d0 a2 a1 a 2、光程差： ②由于是空气薄膜，n1=n2=1故无额外程差，所以，光程差为： ①由于G2的存在，两臂均穿过玻板三次，补偿了a2光程的不足 3、干涉公式： 4、条纹特征： ㈠、当M1、M2严格垂直时，形成的空气薄膜厚度均匀，产生等倾干涉条纹（d0=const，同一个 i 形成同一级条纹，且需用扩展光源）； ① 明暗相间、内疏外密的同心园环，干涉级内高外低； ② 调节M1,使d0改变时，整个条纹发生移动。当d0每改变λ/2，在条纹中心处 j 将增加或减少1，即：在中心处将产生或消失一个条纹。 设：当d0改变Δd0时，有N个条纹在中心处产生或消失，则： ③若用白光光源，除中央条纹为白色外，其余条纹为彩色,且内紫外红。 4、当M1、M2不垂直时，形成的空气劈尖，产生等厚干涉条纹 i=const，同一个 d0 形成同一级条纹，且需用点光源 若仍用扩展光源，则条纹有弯曲。 三、应用： 1、以波长数量级确定国际“标准米”标准； 1960年国际计量会议上规定用氪--86在液氮温度下的 2p10--5d5的橙色光在真空中的波长 的1,650,763.73 倍做为长度的标准单位。 使精度提高了两个数量级，由10-7→10 -9米。 2、精确地测定光谱线的波长极其精细结构； 3、测定介质（气、液、固体）折射率； 在迈克耳孙干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长的玻璃管 A、B ，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移动，所用波长为546nm。求空气的折射率？ 解：设空气的折射率为 n，则两光路光程差的改变量为 当条纹移过一条时，对应光程差的变化为半个波长，当观察到107.2 条移过时，光程差的改变量满足： 迈克耳孙干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。 一、检查光学元件表面的质量 将待查光学元件置于几何形状完善、曲率半径相同且已知的标准样板上，观测所形成的干涉条纹，再与标准花样比较，若相同，则待测元件质量合格，否则，根据条纹奇变情况，判断出待测元件缺陷。 一、检查光学元件表面的质量 例： 平面元件： 待测平面 标准平板 薄垫片 球面元件： 待测球面 标准凹板 a b 二、增透膜与增反膜 1、增透膜： ①定义：减少元件表面反射能量，增加透射光能量，提高成像 质量的镀膜。 ②原理：利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下两表面的两束反射 光形成干涉相消，从而减少反射，增加透射。 注意：应选择合适的透明介质（折射率）和适当的镀膜厚度。 2、增反膜： ①定义：减少透射光能量，增加元件表面反射能量，提高成像 质量的镀膜。 ②原理：利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下两表面的两束反 射光形成干涉相长，从而减少透射，增加反射。 注意：应选择合适的透明介质（折射率）和适当的镀膜厚度。 例题： 增透、增反膜 已知：照相机镜头n3=1.5，其上涂一层 n2=1.38的氟 化镁增透膜，用波长 光垂直照射。 问：若反射光相消干涉的条件中取j=1，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？ 解：因为 ，所以反射光经历两次半波损失。反射光干涉相消的条件是： 代入j 和 n2 求得： 此膜对反射光相干相长的条件： 结果 可见光波长范围 400~700nm 波长412.5nm的可见光有增反。 三、测量长度的微小变化： 原理：当薄膜厚度发生微小改变时，干涉条纹将发生移动。设 当厚度改变Δd0时，有N个条纹移