大学物理-多媒体课件_-3_光的干涉.ppt

§3.5 光程（optical path） 一. 光程 真空中： ? · · r a b 介质中： · · a b n r ?? 介质 ?? — 介质中波长 ? — 真空中波长 为方便计算光经过不同介质时引起的相差， 引入光程的概念。 为介质中与路程 r相应的光程。 这表明，光在介质中传播路程 r ? — 真空中波长 传播路程 nr 引起的相位差相同。 我们称 nr 由此得到关系： [例]计算图中光通过路程 r1 和 r2 在P点的相差。 n S1 S2 r1 r2 d P · 和在真空中 二 . 透镜不会产生附加光程差 物点到象点（亮点）各 S ? a c b · · S F a c b · A B C F? a c b · A B C F 在干涉和衍射装置中经常要用到透镜， 光线经过透镜后并不附加光程差。 焦点 F、F? 都是亮点， 说明各光线在此同相叠加。 而 A、B、C 或 a、b、c 都在同相面上。 光线之间的光程差为零。 B?F， C?F 说明 A?F， 各光线等光程。 B?F?， C?F? 或 A?F?， 厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹。 §3.6 薄膜干涉（film interference）（一） —— 等厚条纹（equal thickness fringes） ▲ 薄膜干涉是分振幅干涉。 ▲ 日常中见到的薄膜干涉： 肥皂泡上的彩色、 雨天地上油膜的彩色、 昆虫翅膀的彩色…。 ▲ 膜为何要薄？ ─ 光的相干长度所限。 膜的薄、厚是相对的， 与光的单色性好坏有关。 ▲普遍地讨论薄膜干涉是个极为复杂的问题。 实际 意义最大的是厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹和 本节讨论不均匀薄膜表面的等厚条纹。 一. 劈尖（wedge film）（劈形膜） 夹角很小的两个平面所构成的薄膜叫劈尖。 e ? n A n? n? ( 设n n? ) 反射光2 反射光1 S * ? 单色平行光 · 1 2 1、2两束反射光 例如在膜面上（A点） 来自同一束入射光， 它们可以产生干涉。 1、2两束反射光相干叠加， 就可行成明暗条纹。 ? 反射光1 ? 单色平行光垂直入射 e n? n? n · A 反射光2 (设n n? ) 所以反射光1、2的 明纹： 暗纹： 同一厚度e对应同一级条纹 —— 等厚条纹 实际应用中大都是平行光垂直入射到劈尖上。 程差可简化计算。 考虑到劈尖夹角极小， 反射光1、2在膜面的光 光程差为 在A点，反射光1有半波 损失， 条纹间距： 又 ∴ ? L ?e ek ek+1 明纹 暗纹 n ? L? 等厚干涉条纹 劈尖 不规则表面 白光入射 单色光入射 肥皂膜的等厚干涉条纹 演示 白光经肥皂膜的干涉（KG001） (1) 暗环 ? e r R · 平晶 平凸透镜 ? o 二 . 牛顿环 (2) 暗环： ∴ 条纹间距?， 内圈的条纹级次低。 （k = 0， 1， 2 …） (1)、(2) ?第k个暗环半径： 光程差： 明环半径公式 思考 ▲ 平凸透镜向上移，条纹怎 ▲ 白光入射条纹情况如何？ （自己推导） 牛顿环装置简图： 平晶 S 分束镜 M 显微镜 0 平凸透镜 . 样移动? ▲ 透射光条纹情况如何？ 牛顿环照片 演示 白光牛顿环（KG002，KG003） 三 . 等厚条纹的应用 1. 劈尖的应用： ▲ 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、 ▲ 测表面不平度 ?h 待测块规 ? 标准块规 平晶 等厚条纹 待测工件 平晶 待测样品 石英环 ? 平晶 干涉膨胀仪 依据公式 厚度、 微小变化： （书P145 例 3.4） （书P146 例 3.5） （书P159习题 3.19） 2. 牛顿环的应用： ▲ 测透镜球面的半径R ▲ 测波长? ▲ 检验透镜球表面质量 标准验规 待测透镜 暗纹 ? 已知? , 测 m、rk+m、rk ，可得R 。 已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得? 。 依据公式 若条纹如图， 说明待测透镜 球表面不规则，且半径有误差。 一圈条纹对应 的球面误差。 暗纹 ? 标准验规 待测透镜 暗纹 ? 标准验规 待测透镜 如何区分如下两种情况? 思考 一. 点光源照明时的干涉条纹分析 L f P 0 r环 e n? n? n n? r A C D · 2 1 S i i i i 光束1、2的光程差： 得 · 膜厚均匀（e不变） · 又 · B · §3.7 薄膜干涉 （二） — 等倾条纹 （equal inclination fringes） 或 明纹 暗纹 ▲ 形状： 条纹特点： 一系列同心圆环 r环= f