第十七章 波动光学(干涉)2.ppt

牛顿环干涉条纹的特点 等厚干涉； 明暗相间的同心圆环； 级次中心低、边缘高； 间隔内疏外密； 同级干涉，波长越短，条纹越靠近中心。 * 17-3 薄膜干涉 光入射到透明薄膜介质，光在薄膜上、下表面反射及折射，各反射光或各透射光之间的干涉为薄膜干涉。 ? 薄膜干涉是分振幅干涉。 ? 薄膜干涉有两种情形： 等厚干涉——同一条纹相应膜的 同一厚度。 等倾干涉——同一条纹相应入射光的 同一倾角。 · p 薄膜 S * 一. 薄膜反射干涉光程差的一般表达式 两表面平行的薄膜, 结论普遍适用。 D点和B点到会聚点的光程相等 n1 n2 n1 B C A D n2 n1 d 或： n1 n2 n1 B C A D n2 n1 d 则明暗纹公式： 明纹 暗纹 = n2n1 n1 n2 n1 B C A D d 或： 则明暗纹公式： 1）透射光的干涉 反射光加强（减弱）时， 透射光减弱（加强） -----干涉条纹互补 由于： 与反射光的光程差相差λ/2 F 讨论 明纹 暗纹 = E 反射光 透射光 2) 何时考虑半波损失？ 若n1? n2 ? n3 或n1?n2 ? n3 若 n1?n2 ? n3 n1?n2 ? n3 或 ，无附加光程差?/2 ，有附加光程差?/2 n1 n2 n3 B C A D d 3）关于光的定域性问题 点光源----条纹是非定域的 扩展光源(面光源）----干涉条纹是定域的 定域于薄膜表面的附近或无限远。 S S S S 如点光源情形: 是指同一方向的入射光(通常是垂直入射)在厚度不均匀的膜上产生的干涉现象 。 二.薄膜干涉（一） —— 等厚干涉 1. 劈尖干涉 夹角很小的两个平面所构成的 薄膜叫劈尖。 S M 劈角 因同一级干涉条纹对应的膜厚度相同,故称等厚干涉. { = 明纹 暗纹 { = ? 反射光1 ? 单色平行光垂直入射 d n1 n1 n2=n · A 反射光2 ∴反射光1、2的光程差为 反射光有半波损失， 薄膜折射率为n 对空气劈尖： 设相邻明（暗）条纹间距离为 { = 明纹 暗纹 由明纹公式： { 相邻明（暗）条纹间距 相邻明（暗）纹间的膜厚差 第k条明纹 第k+1条明纹 第k条明纹 第k+1条明纹 讨论 ① 在 d =0 的棱边处，δ＝λ/2. 为暗纹，因有半波损失。 ② 劈尖干涉条纹是等间距的平行直条纹。 空气劈尖： ③干涉条纹的动态变化.(λ一定） 同一厚度d 对应同一级条纹 ——故为 等厚条纹 请回答： 空气劈尖第4级暗纹对应的空气 层厚度 ? ③干涉条纹的动态变化.(λ一定） ? 变化时： 劈尖上表面向上平移时: ΔL 不变，条纹向棱边移动； 反之条纹向相反方向移动。 若从视场中移动过N个条纹， 则薄膜厚度改变量： 第k条明纹 第k+1条明纹 空气劈尖： 等厚干涉 条纹移动方向 每一条纹对应劈尖内的一个厚度. 某厚度位置改变 时，对应的条纹随之移动. ▲ 测波长：已知θ、n，测 △L 可得? ▲ 测折射率：已知θ、 ? ，测 △L可得 n ▲ 测细小直径、厚度、微小变化： 依据公式 D L 纸 n=1 用测微显微镜测出L、 ，即可得到D 应用 ▲ 检测工件表面的平整度 等厚条纹 待测工件 平晶 请问：此待测工件表面上， 有一条凹纹还是一条凸纹？ 答：凸纹 干涉膨胀仪 测膜厚 石英环 待测样品 显微镜 S L M半透半反镜 T 由一块平板玻璃和一曲率 半径很大的平凸透镜组成 实验装置 2. 牛顿环干涉 光程差 ① ② d 牛顿环干涉图样 定量分析 设n=1，垂直入射 显微镜 S L M半透半反镜 T 光程差： 第k级暗环: 明环 暗环 牛顿环 等厚干涉 空气膜厚度 第k级暗环对应的空气膜满足: ∵ ∴ R 暗环半径 明环半径 白光入射的牛顿环照片 1）d = 0处，是零级暗纹； 2）干涉级次与环间距离随r的变化（暗环为例） 3） 白光入射将出现由紫到红的彩色条纹。 由暗环半径公式 讨 论 级次—内低外高 间距—内疏外密 暗环 暗环半径 明环半径 ▲ 测透镜球面的曲率半径R ▲ 测波长? ▲ 检验透镜球表面质量 实用的观测公式： （暗纹） 应 用 1 ) 从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？ 2) 将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？ 请思考： 三.薄膜干涉(二)----等倾干涉 当 薄膜厚度一定时， 具有相同入射倾角的入射光线有相同光程差。 它们在透镜焦平面上构成同一级条纹，称等