第26,27讲 薄膜干涉.ppt

在光谱学中，应用精确度极高的近代干涉仪可以精确地测定光谱线的波长极其精细结构； 在天文学中，利用特种天体干涉仪还可测定远距离星体的直径；等等。 干涉条纹（等厚点轨迹）是以平玻璃与平凸透镜的接触点为圆心的一组同心圆环。 这就是牛顿环。 在一块平板玻璃上放一个曲率较小的平凸透镜，在平面与球面之间形成一个圆盆形的空气薄层。 2.牛顿环 仪器布置 平凸透镜 平板玻璃 在实验观测中常测量牛顿环的半径 r ，计算e和R。 它与该处厚度 e 和凸球面半径 R 的关系为 略去二阶小量 e 2 得 由于 各级明、暗干涉条纹的半径： 两反射光的光程差 ? =? / 2，为暗斑。 1. 在牛顿环的中心 e = 0 空气薄层中，任一厚度 e 处两束反射光的光程差 特点： 2. 随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。 为方便起见，我们计算两个相邻暗环的半径差 3. 随着半径增大，级次 k 越来越大， 而相邻暗环的半径差越来越小， 这说明条纹变得越来越密， 当半径足够大时，条纹就变得无法分辨了。 检验透镜球表面 标准验规 待测透镜 暗纹 ? 牛顿 环的工程应用 根据标准球面半径求出待求的球面半径。 测出k级暗纹半径即可求出球面半径。 解： 例题6 ： 牛顿环实验测得第 k 级暗环的半径 ， k 级往上数第16 个暗环半径 ，平凸透镜的曲率半径 R = 2.50m。求光波长。 该实验或用已知波长测曲率半径 干涉仪是根据光的干涉原理制成的精密仪器，在科学技术中有着广泛的应用。 在物理学发展史上，用迈克尔逊干涉仪完成的著名的迈克尔逊－莫雷实验，否定了以太参照系的存在，使经典物理学的绝对时空观受到了严重的挑战，为狭义相对论的建立提供了实验基础。 迈克尔逊干涉仪是用分振幅方法产生双光束干涉的仪器。 12.4 迈克尔逊干涉仪 当M1镜平移λ/ 2 距离时，两束光的光程差就增加λ或减小 λ ，则在观察镜中看到一个条纹移过视场。 数出视场中明条纹移动的数目N，就可出计算出M1移动的距离 当光程差为光波长的十分之一时，通过肉眼在观察镜中就能观察到干涉条纹的移动，因此迈克尔逊干涉仪是一种十分精密的测量仪器。 麦克尔逊干涉仪的应用 解： 例题7 ： 设空气的折射率为 n 相邻条纹或条纹移动一条 对应光程变化为一个波长 10cm长的真空玻璃管A和B，A 充气过程中观察到有107.2 条条纹移动，求空气的折射率。 真空 546nm 逐渐充至一个大气压 所以 瓦斯室 空气室 空气室 若B 室充满空气，A 室逐渐充入待测瓦斯，可根据干涉条纹移动的数目检测瓦斯的浓度。 一个现实的、紧凑的光路设计 * 薄膜干涉是一种分振幅干涉。人们在日常生活中会经常见到薄膜干涉现象，如阳光下五彩缤纷的肥皂泡，雨后马路边水面上油膜的彩色条纹，经过高温处理后的金属表面所呈现美丽的蓝色，这些都是薄膜干涉现象。 薄膜—材料厚度与光波长同数量级 12.3 薄膜干涉 一、光程差分析 在一均匀透明折射率为n1的介质中，放入上下表面平行、厚度为 e 、折射率为n2的均匀介质，设n2＞n1。用扩展光源 S 照射薄膜，其反射和透射光如下图所示。 光线 2 与 3 的光程差为 设入射光 1 振幅为A，从电磁理论可以求出 一系列反射光2、3、4、5的振幅分别为 光线 2 和光线 3 是从同一入射光线 1 分出来的两部分，它们是相干光。 所以，我们只考虑前两条出射光 2 和 3 的干涉。 0.2 A、0.192 A、0.00768 A、1.25×10－5 A 这是用分振幅法获得的相干光 如果用透镜来观察，在透镜的焦平面上会出现干涉条纹。 折射定律 1 2 几何关系 干涉结果（条纹） 薄膜 1 2 n1 n2 n3 对于同样的入射光来说 当反射方向干涉减弱时 在透射方向就干涉加强 当i不变、e变，则厚度相同处出现同一条纹 ：等厚干涉 当i变、e不变，则入射角相同的入射光产生同一条纹 ： 等倾干涉 二、等倾干涉 由于薄膜厚度均匀，对某一波长来说, 光程差只决定于倾角 i 。或者说，同一条干涉条纹都是由来自同一倾角的入射光形