分振幅的干涉薄膜反射光的干涉如图a一束平面光.DOC

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分振幅的干涉薄膜反射光的干涉如图a一束平面光

§12.2分振幅的干涉 薄膜反射光的干涉 如(图12.2a),一束平面光在透明薄膜上下两表面反射成两束光,让它们叠加在一起(例如用透镜会聚在一起)时,可满足相干条件。它们的光程差可计算如下: 或 (12.2.1) 或 (12.2.2) 半波损失的情况比较复杂,本教材只按正入射和掠入射的情况列式[1]。如果折射率,则薄膜上下两表面的反射光都有半波损失;如果折射率,则上下两表面的反射光都没有半波损失。因此,在(12.2.1)式中对这两种情况计算光程差时,都不计半波损失。 如果折射率或,则薄膜上下表面的两反射光中,一个有半波损失,另一个没有半波损失。因此,在(12.2.2)式中计算这两种情况的光程差时,都应计算 在(图12.2a)中,入射光对上表面的入射角与折射角为i与r。由于C与A两点很靠近,此处薄膜上下表面可近似看成是平行的,因此,此光束对下表面的入射角可用r表示。设此处的薄膜厚度为e,则可用e、i、r诸量表示(12.2.1)式的光程差。计算如下: ,,。 ∴ 。 将折射定律表式代入上式,消去或得: (12.2.3) (12.2.4) 将(12.2.3)式代入(12.2.1)及(12.2.2)式,并参考(12.1.18)式,可写出薄膜干涉各级极大与极小的条件如下: (12.2.5) (12.2.6) 将此式的整数换成半整数,便可得到各级极小条件。由于薄膜厚度e不为负值或零,故与的数值要按实际情况具体确定。 薄膜反射形成干涉现象,是利用薄膜上下表面的反射,使一束光分成相干的两束光,也就是从一束光的强度中,分出两部分,经过略有不同的光程后叠加在一起,形成两束相干光。由于光强度与振幅的平方成正比,所以这种从普通光源获得相干光的方法,称为分振幅的方法。这与前一节所述分波阵面的干涉有些不同,计算光程差的公式也不同。 薄膜等厚干涉条纹的正入射观测法 在薄膜干涉公式(12.2.5)和(12.2.6)中,薄膜的折射率通常是常量,而厚度e、折射角r和波长?可为变量。 对于厚度e不均匀的薄膜,可用单色光按固定方向照射在薄膜上,观测其反射光的干涉条纹。由于、?和r都是常量,从(12.2.5)或(12.2.6)式可确定各级干涉亮纹的厚度。 薄膜的同一级亮纹中各点的厚度都相等,不同级亮纹中各点的厚度不相等。这种干涉条纹称为等厚干涉条纹。它显示出上述薄膜的等厚线,从等厚干涉条纹可看出此薄膜的厚度分布情况。 观测薄膜的等厚干涉条纹,常采用正入射方法,即令入射角,折射角,则,使干涉公式(12.2.5)及(12.2.6)得到简化。 正入射观测法的装置示意图,如(图12.2b)所示。单色光源?放在透镜的前焦点,?发出的光经透镜形成一束平行光,沿水平方向投射于倾角为的玻璃平板G(亦称分束器)。一部分入射光透过玻璃板,另一部分入射光被玻璃板向下反射到达待测的薄膜MN,此薄膜的上下表面将上述正入射的光、反射成两束相干光。这两束相干反射光向上射到玻璃板G,其中一部分相干光透过玻璃板向上到达观测的仪器(例如显微镜)E中。 劈尖的干涉条纹(等厚干涉条纹的例子) 如(图12.2c)将两片平板玻璃叠在一起,并在Q端夹进去一条纸(或一根金属丝,或一根头发丝),使这两片玻璃中间形成一个劈尖形状的空气薄膜。在Q端是此空气劈尖的最厚处,在另一端P是两玻璃片紧密接触处,也就是此空气劈尖的棱,此棱是一条垂直于图面的直线。 将上述两玻璃片以及其中间的空气劈尖PQ放在(图12.2b)的MN位置,便可从上方观测此空气劈尖上下两表面的反射光形成的等厚干涉条纹。 现在先说明一下,上述两片玻璃共有四个表面,为什么不讲最上表面与最下表面的反射光?这个道理可用我们家里的玻璃窗加以说明。玻璃窗的玻璃的厚度约为毫米,一束入射光被它的前后两表面反射成两束光,其光程差约为: 米。 如果用黄绿光在真空中波长微米,代表空气中可见光波长,则上述光程差相当于k个波长,即 个。 这表明一束光进入玻璃窗的后表面,并反射出第一个光波时,此玻璃的前表面已经反射出一万六千多个光波。玻璃前后表面的两束反射光的光程差这么大,它们不会满足相干条件,[2]我们在玻璃窗没看到干涉条纹。同样道理,在(图12.2c)中用普通光源观测空气劈尖的干涉条纹时,由于空气劈尖不超过一张纸的厚度(远远小于1毫米),劈尖两表面的反射光会产生干涉条纹,而两片玻璃的最上与最下表面的反射光不会产生干涉条纹。 由于两玻璃片的折射率与都大于空气劈尖的折射率,故可参照(12.2.6)式计算空气劈尖干涉的亮纹位置: (12.2.7) 将此式的正整数k换成半整数便可确定其暗纹位置。将代入上式可得,这表明劈尖棱应是第一级暗纹的位置。这与实验观察结果相符,这结果也证明(12.2.6)式对反射光半波损失的分析与实验相

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