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今天是2017年6月24日星期六
大学物理课件
福州大学至诚学院
---劈尖干涉
大学物理教研室 李培官
第十一章.波动光学
劈尖干涉
11-3-2.
干涉条纹定域在膜附近。条纹形状由膜的等厚点轨迹所决定。
一.劈尖干涉的装置
用单色平行光垂直照射玻璃劈尖。
由于单色光在劈尖上下两个表面后形成 ①、 ② 两束反射光。满足干涉5个条件,由薄膜干涉公式:
干涉条纹为平行于劈棱的一系列等厚干涉条纹。
二.劈尖干涉的规律
加强
减弱
1.劈棱处
dk=0,光程差为
劈棱处为暗纹
2.第 k 级暗纹处劈尖厚度
由
3.相邻暗纹劈尖厚度差
4.相邻条纹间距
这个结论对明纹也成立。
这个结论对明纹、暗纹均成立。
劈尖干涉条纹是从棱边暗纹起,一组明暗相间的等间隔直线条纹。
2.测量长度的微小变化:
3. 检测物体表面的平整度:
若干涉条纹是平行直线,说明B 面是平的。
1.测量微小长度:
已知 :λ、n 。测出干涉条纹的级数 K 。
二.劈尖干涉的应用
4. 测表面不平度
条纹偏向膜(空气)厚部表示平面上有凸起。
平面上有凹坑。
同一条等厚条纹对应相同的膜厚度,所以在同一条纹上,弯向棱边的部分和直线的部分所对应的膜厚应该相等。本来越靠近棱边膜的厚度应越小,现在在同一条纹上近棱边处和远棱边处厚度相等,这说明工件表面有凹坑。
问题1:若劈尖的一边作如下变化,相应的条纹如何变化?
每一条纹对应劈尖内的一个厚度,当此厚度位置改变时,对应的条纹随之移动.
三.问题的讨论与动画演示
A.膜厚增加
B.膜厚减薄
条纹向劈棱方向平移
条纹向远离劈棱方向平移
当某种原因引起膜的等厚线发生变化时,将引起条纹作相应地移动。
问题2:若劈尖厚度发生如下变化,则条纹将如何变化?
【例1】有一玻璃劈尖,放在空气中,劈尖夹角 =810-6rad. 波长=0.589m的单色光垂直入射时,测得相邻干涉条纹的间距为l=2.4mm,求玻璃的折射率.
解:
四.解题举例
【例2】 为测量薄云母片的厚度,用两块具有光学平面的平板玻璃将它夹住,从而在玻璃板间形成空气劈尖。用波长λ=546nm为的光垂直照射,观察到由反射所产生的等厚干涉条纹的水平间距l=0.80mm,若玻璃板长L=5.0cm,如图所示。 求云母片厚度D。
所以
【例3】在 Si 的平面上形成了一层厚度均匀的 SiO2 的薄膜,为了测量薄膜厚度,将它的一部分腐蚀成劈形(示意图中的 AB 段)。现用波长为 600.0nm 的平行光垂直照射,观察反射光形成的等厚干涉条纹。在图中 AB 段共有 8 条暗纹,且 B 处恰好是一条暗纹,求薄膜的厚度。( Si 折射率为 3.42, SiO2 折射率为1.50 )。
解:上下表面反射都有半波损失,计算光程差时不必考虑附加的半波长,设膜厚为 e
B处暗纹
B 处第 8 条暗纹对应上式
为了测量一根细的金属丝直径D,按图办法形成空气劈尖,用单色光照射形成等厚干涉条纹,用读数显微镜测出干涉明条纹的间距,就可以算出D。已知 单色光波长为589.3 nm,测量结果是:金属丝与劈尖顶点距离L=28.880 mm,第1条明条纹到第31条明条纹的距离为4.295 mm.
解:
由题知:
直径:
【例4】:
求: 金属丝直径 D
【例5】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:
【例5】 工件质量检测
有一劈尖,光的=0.55m,明纹间距a=2.34mm,但某处干涉条纹弯曲,最大畸变量b=1.86mm,问:该处工件表面有什么样的缺陷,其深度(或高度)如何?
解:同一条干涉条纹的各点下面的薄膜厚度相等,现在干涉条纹向劈尖的棱边方向弯曲,因此判断工件在该处有凹下的缺陷。
得:h=0.219 m
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