[工学]大学物理光学课件.ppt

* ◆白光照射? 劈尖干涉的应用 依据公式 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、厚度、微小变化 测表面不平度 等厚条纹 待测工件 平晶 待测样品 石英环 ? 平晶 干涉膨胀仪 * 例: 用等厚干涉法测细丝的直径d。取两块表面平整的玻璃板，左边棱迭合在一起，将待测细丝塞到右棱边间隙处，形成一空气劈尖。用波长?0的单色光垂直照射，得等厚干涉条纹，测得相邻明纹间距为?L，玻璃板长L0，求细丝的直径。 ? d ? 解：相邻明纹的高度差 * 2. 牛顿环 e r M N 0 R C 干涉条件：空气薄层中，上下表面反射光 明纹 k=1,2,3，… 暗纹 k=0,1,2,3，… * 明环半径 k = 1, 2,… 暗环半径 k = 0, 1, 2… * 条纹特点 条纹不是等间距的，级数越高，条纹越密。 内圈的条纹级次低。 暗环间距 空气劈,在e=0处, 为暗斑, 证明有半波损失。 透射光的牛顿环，其明、暗环位置则好与反射干涉的情形相反。 * 牛顿环的应用 依据公式 ▲ 测透镜球面的半径R ▲ 测波长? 已知? , 测 m、rk+m、rk ，可得R 。 已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得? 。 ▲ 检验透镜球表面质量 标准验规 待测透镜 暗纹 ? * 例 已知：用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第 k 级明环的半径rk=3.0×10-3m , k 级往上数第16 个明环半径 rk+16=5.0×10-3m , 平凸透镜的曲率半径R=2.50m 求：紫光的波长？ e r M N 0 R C 解：根据明环半径公式： * §13.4　迈克耳孙干涉仪 一.迈克耳孙干涉仪 1. 结构和光路 M2可动平面反射镜 M1固定平面反射镜 G1分光板 G2补偿板 面光源 1 2 1/ 2/ 2/ 1/ M1/ 十字叉丝 等厚条纹 * 2. 干涉图象 若M?1、M2平行 ? 等倾条纹 若M?1、M2有小夹角? 等厚条纹 3.应用： 微小位移测量 若条纹为等厚条纹，M1平移d时，干涉条移过N条，则有： 测折射率 * 例.在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长的玻璃管 A、B ，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移动，所用波长为546nm。求空气的折射率？ S M1 M2 A B 解：设空气的折射率为 n 相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观察到107.2 条移过时，光程差的改变量满足： 迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。 * §13.5 光的时间相干性和空间相干性 一、光源的非单色性对干涉条纹的影响 (光场的时间相干性) 实际的单色光总是有一定的波长范围??.而范围内的每一个波长的光均形成各自的一套干涉条纹 对于谱线宽度为??的单色光，干涉条纹消失的位置满足 * 最大光程差：与该干涉级kc对应的光程差?c 光的单色性（即??的宽度）决定了能产生清晰干涉条纹的最大光程差 来自于原子辐射发光 的时间有限，所以波 列有一定的长度L。 * 称波列长度L为相干长度。 波列长度L=c?，其中? 为发光持续时间。 ? 称为相干时间。 * 时间相干性由光源的性质决定。 氦氖激光的时间相干性远比普通光源好。 钠Na 光， 波长589.6nm，相干长度 3.4~10-2m 氦氖激光 ，波长632.8nm，相干长度 40 ~102m * 二、光源的大小对干涉条纹的影响 (光场的空间相干性) 在双缝干涉实验中，如果将狭缝光源S的缝宽加大，干涉条纹就会变得模糊甚至消失.这说明光源的大小对干涉条纹有重大影响. 设光源宽度为b，如图示 O s1 s2 s d D x R b r1 r2 OM ON ? M N x R1 R2 P ? * 离中心?的某一线光源，它到屏幕上P点的两相干光的波程差为 ?＝(R2－R1)＋(r2－r1) 在dR和? R的情况下，近似有 R2－R1 = dsin? 由于dD,所以 令?＝0，离中心?的线光源产生的零级明条纹的位置为 M、N边界点处的线光源产生的零级明条纹的距离为 * 光源有一定的宽度b时，能观察到干涉条纹的条件是 在横向范围内提取出来的两个子波源S1和S2仍是相干时， S1和S2间距dR?/b. 这个范围越大，就说光场的空间相干性越好. * * ?§13.1 光源　光的相干性 ?§13.2 分波阵面干涉 ?§13.3 分振幅干涉 ?§13.4 迈克耳孙干涉仪 ?§13.5