opt3__干涉概述.ppt

例题1、两束相干的平行光，传播方向角?1=?/6，?2=?/4，光波长为633nm，求干涉条纹的间距和空间频率？ 间距： 空间频率： 例题2、想获得低频f=20mm-1，求两平行光的夹角，设光波长为633nm. 大夹角?高空间频率，小夹角?低空间频率 2、薄膜干涉的一般问题 * 干涉条纹的定域和非定域问题 * 薄膜干涉的光程差公式 薄膜干涉现象在日常生活中常能见到，如：肥皂泡上的彩色、雨天地上油膜的彩色、昆虫翅膀的彩色… *干涉条纹的定域和非定域问题 1、点光源照明 结论：点光源照明的薄膜干涉是非定域干涉。 解释： S S’ S” P 薄膜的两个界面相当于两个反射镜，两束相干光相当于来自S的两个反射镜的虚像点，于是点光源照明的薄膜干涉可以归结成两相干点光源的干涉，两相干点光源的干涉是非定域干涉。 2、扩展光源照明 扩展光源照明薄膜干涉为定域干涉。 用扩展光源照明平行平面薄膜时，只有在无穷远处才能观察到最清晰的干涉条纹。幕上同一条干涉条纹，是由同一倾角的入射光形成的，故此称此干涉条纹为等倾条纹。 干涉条纹定域在薄膜附近。若入射光为平行光或准平光，则入射角或折射角为一常数，光程差决定于薄膜的厚度，在薄膜厚度相等的地方具有相等的光程差，因而具有相同的干涉强度。干涉条纹和薄膜的等厚线一致，故称这种干涉条纹为等厚条纹。 干涉条纹的定域与光源的空间相干性： ? P b 空间相干性： *薄膜干涉的光程差公式 P S F N M C A B ? ? ? ? d D ?和?一般非常小，近似0，所以上式可以近似简化为： 光在上下表面的反射情况不同，上表面是由光疏介质到光密介质，而下表面是由光密介质到光疏介质，实验和理论表明，光在这样的两个界面反射时，两反射光束存在半波损失，也就是存在?的附加相位差。 光疏介质和光密介质？ 反射光的相位突变问题: 半波损失：在反射点，入射光和反射光的线偏振态恰巧相反，也就是说相位相差?，称之为半波损失。 结论： 正入射时。n1n2,界面反射有相位突变?，有半波损失；n1n2,界面反射没有相位突变，即没有半波损失。 掠射时。无论n1n2还是n1n2，界面反射均有半波损失。 1 2 n1 n2 n3 3. 斜入射时；如下图，我们关心的薄膜上下界面反射的两光束1和 2之间的相位差。 结论：限于 “入射角 ≤ 布儒斯特角”: 阅读《光学课件》第6章偏振PPT的“P.25+P.46-47”，或阅读《光学教材》 “P.282-283”.如果: 入射角=iB, Rp = 0, Rs≠0, 必有半波损失! 当n1n2n3或n1n2n3，要计相位突变?，即实际光程差为： ii. 当n1n2n3或n1n2n3，没有相位突变，实际光程差为： ⊙ 等倾干涉 1、等倾干涉的观察方法： 薄膜的折射率和厚度都是均匀的，所以光程差仅随着入射角（或折射角）而变化，也就是干涉条纹的明暗确定于入射角。 恒定不变 同一条干涉条纹对应着同一个倾角。 等倾干涉试验装置图： 2、等倾干涉条纹的特征： 光程差计算： 得 由 L f P 0 r环 d n? n? n n? r A C D · 2 1 S i i i i · 【膜厚 d 均匀不变】 · · B · 入射角相同的光在膜内的折射角相同，根据光程差公式，光程差相等，所以入射角相等的光形成的干涉情况相同，应该处于同一个干涉条纹上，焦面上的干涉条纹为一系列的同心圆。 亮条纹满足： 暗条纹满足： 膜的厚度d 一定时：越靠近中心处，i 越小，γ越小，光程差越大， 条纹级次越高。 干涉条纹的间距： 干涉条纹的形状 相邻条纹的光程差为? ????????????????????????????????????????? 同心等倾干涉条纹，中心的干涉条纹较疏，外沿较密。 膜的厚度d 增大时，条纹外冒，中心处明暗交替。 膜的厚度d减小时，条纹内缩，中心处明暗交替。 薄膜厚度变化时，干涉条纹变化规律 面光源照明时干涉条纹的分析： f o d n? n? n n? 面光源 · P r环 · i i · 从面光源上不同点发出的光，只要入射角 i 相同，它们在厚度均匀的膜上下表面反射的光经透镜都将汇聚在同一个干涉环上，只是光源上不同点发出的光彼此非相干叠加。只要 i 相同，都将汇聚在同一个干涉环上，因而明暗对比更鲜明。 ⊙ 等厚干涉 ???????????????????????????????????????????????????????????????? ??