fang第十五章波动光学基础3.ppt

* * * * * * Xi’an Jiaotong University Aiping Fang apfang@mail.xjtu.edu.cn 11 / 14 / 2012 University physics AP Fang ? 条纹分布： ? 波长变化的影响： 分辨临界条件： ? 光源移动对干涉条纹的影响： 条纹移动与光源移动反向 ? 光的单色性对条纹的影响： University physics AP Fang 例2：用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为 a ，缝面与屏距离为D，试求，能观察到清晰可见光谱的级次。 解： 最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光重叠 只能取一级 四、光的空间相干性 实验事实： S 缝加宽 干涉条纹的清晰度下降 去掉 S 缝，直接用普通光源照射 干涉条纹消失 University physics AP Fang 由 射出的光通过 到达 点产生 的第一级暗纹满足 对具有一定尺度的光源来说，它所发出的光波波阵面上，沿垂直于波线方向不是任意两处的光都能产生干涉，只有来自两点距离小于 的光才是相干的。 空间相干性 University physics AP Fang 15-4 光程与光程差 若在时间 t 内，光波在介质中传播的路程为 相应光波在真空中传播路程应为 光程—— 是将光在媒质中通过的路程折算到同一时间内在真空中通过的相应路程。 ? 相位差与光程差的关系为 例：设 University physics AP Fang Optical Path …… …… 对于光通过多种介质时 例1：求两束相干光波的相位差 例2：物象之间等光程性 光程 1 光程 2 光程 3 光程 1 = 光程 2 =光程 3 University physics AP Fang 例3：一束平面单色光垂直入射杨氏双缝上，产生干涉，如图示。 现在一条光路上加一薄介质片。 已知： 求：1 的关系， 2 实现 的 b 取值。 解：1 光程差： 在 点的合振幅 University physics AP Fang 解： 思考题：在杨氏双缝的任一条缝前面加一个一定厚度的介质片，则屏幕上的干涉条纹将发生些什么变化？ 15-5 薄膜干涉 分振幅法 当一束光射到透明薄层，光束在膜上、下表面发生多次反射和折射。分割振幅成多束光。它们频率相同，光矢量平行，相位差恒定，是相干光。 —— 薄膜干涉 University physics AP Fang ? 半波损失 一、等倾干涉 （薄膜厚度均匀） 两条光线的光程差 1 2 ? 透镜不产生附加光程差 注意： 明纹 暗纹 面光源 University physics AP Fang 讨论 （1）凡以相同倾角入射的光，反射光束有相同的光程差，对应干涉中一条条纹，称等倾干涉，条纹称等倾条纹。 （2）干涉条纹 特点: ? 形状: 一系列同心圆环，内疏外密。 ? 条纹级次分布: 内纹级次比外纹级次高。 ? 膜厚变化时,条纹移动： 厚度增大，圆纹从中心冒出，向外扩张，条纹间距变密。 University physics AP Fang ? 条纹变化与波长关系: 冒出（湮没）一个圆纹，光程差改变一个波长，即薄膜厚度 e 改变 （3） 反射干涉与透射干涉互补 —— 能量守恒关系 （4） 应用 —— 增透膜，增反膜 —— 薄膜光学 薄膜干涉的一般情况是相当复杂的。其干涉的特征与光源的尺寸、膜的厚薄和形状以及如何观测都有十分密切的关系。 University physics AP Fang 例1：波长550nm黄绿光对人眼和照相底片最敏感。要使照像机对此波长反射小，可在照相机镜头上镀一层氟化镁MgF2薄膜，已知氟化镁的折射率 ，玻璃的折射率 解： 两条反射光干涉相消条件 增透膜的最小厚度 求：氟化镁薄膜的最小厚度。 增反膜 比玻璃的折射率大 ——增反膜 薄膜光学厚度仍为 ，但膜层折射率 n 一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上，油膜覆盖在玻璃板上，所用光源波长可连续变化，观察到500nm和700nm这两个波长的光在反射中消失。油的折射率为1.30，玻璃的折射率为1.50 解： 根据题意，不需考虑半波损失，暗纹的条件为 例2： 求：油膜的厚度 University physics AP Fang University physics AP Fang 二、等厚干涉 （薄膜厚度不均匀） 光束 2 光束 1 1 2 表面上发 生干涉 两条相干光线的光程差 设入射