大学物理II(二)3光的干涉剖析.ppt

[例]为测定Si上的SiO2厚度d，可用化学方法将SiO2膜的一部分腐蚀成劈尖形。现用λ=589.3nm的光垂直入射,观察到7条明纹，问d=? (已知Si: n1=3.42，SiO2: n2=1.50) 解：上下面都有半波损失 SiO2 Si 因棱边处对应于k=0，故d处明纹对应于k=6 [例]利用劈尖干涉可对工件表面微小缺陷进行检验。当波长为?的单色光垂直入射时，观察到干涉条纹如图。问(1)不平处是凸的，还是凹的? (2)凹凸不平的高度为多少? 解：(1)等厚干涉，同一条纹上各点对应的空气层厚度相等 所以不平处是凸的 (2)由相似三角形关系得 平板玻璃 平凸透镜 二.牛顿环 在厚度为 e 处 ----明 ----暗 中心处(e =0): 对应k =0的暗纹 讨论： 1.光程差由厚度 e 决定 ----等厚干涉 2.厚度相同的点是一系列以0为中心的同心圆环，因此干涉条纹是一系列同心圆环 ----牛顿环 3.干涉环半径 又 e 明环半径 暗环半径 4.干涉环间的距离 ----内疏外密 5.平凸透镜向上平移时，中心处有圆环吞入；反之则有圆环冒出 对空气层：平移 距离时有一条条纹移过 试问(1)油滴与玻璃交界处是明纹还是暗纹?(2)油膜的最大厚度是多少?(3)若油滴逐渐滩开，条纹将如何变化? (油: n2=1.60, 玻璃: n3=1.50） [例]在平面玻璃板上滴一滴油，用?=576nm的单色光垂直照射，从反射光中看到图示的干涉条纹。 解：1.因n1n2，n2n3，所以要考虑半波损失 由暗纹条件 可知： 交界处e=0对应于k=0的暗纹 2.中心点为k=4的暗纹 3.最外暗环逐渐向外扩大，中心点明暗交替变化，条纹级数逐渐减少 一.原理 M2固定 M1可移动 补偿玻璃板 半透明 镀银层 §13-6 迈克尔逊干涉仪 设M1与M2’之间的空气层厚度为d 讨论： M1和M2严格垂直: 空气薄膜干涉 ----圆环 M1平移 ： ----干涉条纹移动数目 M1和M2不严格垂直：空气劈干涉 M1移动?/2，则有一条纹移过 二.应用 已知某光波波长? ，数出?n，则可测长度?d 数出?n和读出?d，可测光波波长? n x 已知某透明介质的折射率n， 可以测量其厚度 x 放入待测介质，数出通过的明纹数?n 相位差： S1 S2 P 光程差： 相位差： ?：光在真空中的波长 S1 S2 P 意义：将媒质中的路程折算成真空中的路程! 二.透镜的等光程性 AF和CF在空气中的光线波程长，在透镜中光线波程短 BF则相反 AF、CF和BF的光程相等，它们会聚在F点，形成亮点 透镜不会引起附加的光程差 光的干涉核心问题： 几何路径 半波损失 介质性质 光程差 1 2 [例]在杨氏双缝实验中，用折射率n=1.58的透明薄膜盖在上缝上，并用λ=632.8nm的光照射，发现中央明纹向上移动了5条，求薄膜厚度? 解：P点为放入薄膜后中央明纹的位置 又因P点是未放薄膜时第N级的位置 可得： 另解： 光程差每改变一个?，条纹移动一条 因r2光程未变，r1改变了(n-1)x 一.薄膜干涉 光程差 1.反射光干涉 §13-4 薄膜干涉--等倾条纹 根据折射定律 明、暗纹条件 ----暗纹 ----明纹 讨论： ----等倾干涉 a.由 知，光程差是入射角的函数，即光源不同位置发出的光，只要倾角相同，均对应同一干涉级k 薄膜 反射板 透镜 屏幕 1) 扩展光源增加干涉条纹的亮度（单色或非单色光源） 2) 条纹定域于无限远或正透镜后焦面 3) 条纹观察面上一点对应一个入(出)射方向, 一个圆条纹对应一个i ?等倾圆条纹 小结 L f P o r环 B e n? n? n n? i r A C D · · 2 1 S i i i · · · i P i f o r环 e n? n? n n? 面光源 · · · b.等倾干涉条纹是一组明暗相间的同心圆环；半径大的圆环对应的 i 大，而干涉级k低，圆环的级次内大外小 c.等倾干涉圆环条纹分布内疏外密 d.不同波长入射， 同一级次k， 即同一干涉级次，长波在内，短波在外 e. e 增大，则 k 增大，圆环中心处有圆环冒出,条纹变密集； 反之，则圆环中心处有圆环吞入，变疏 f.垂直入射时有 ----明 ----暗 2.透射光干涉 光程差 透射光明、暗纹条件 ----明 ----暗 反射光和透射光互补，反射光干涉加强时，透射光干涉减弱 [例] 白光下观察一层折射率为 1.30的薄油膜，观察方向与油膜表面法线成300角时，看到油膜呈蓝色(波长为