[理学]13章光学干涉.ppt

13.3 光程 光程差 13.5 劈尖 牛顿环 13．6 迈克尔孙干涉仪 例2 在半导体器件生产中，为精确地测定硅片上的SiO2薄膜厚度，将薄膜一侧腐蚀成劈尖形状，如图所示。用波长为589.3nm的钠黄光从空气中垂直照射到SiO2薄膜的劈状部分，共看到6条暗条纹，且第6条暗条纹恰位于图中劈尖的最高点A处，求此SiO2薄膜的厚度（已知：SiO2和Si 的折射率为n1 = 1.50和n2 = 3.42）。 解 在度为e处，薄膜上、下表面反射光的光程差为 第6条暗纹对应k=5，得膜厚为 或根据条纹间距是λ/2n，而整个劈尖共对应5.5个暗纹间距，所以膜后为 例3 求样品的热膨胀系数 热膨胀系数β的定义 样品 平玻璃板 热膨胀很小的套框 *13.5.2 牛顿环 由一块平板玻璃和一平凸透镜组成 光程差 牛顿环实验装置 显微镜 S L M半透半反镜 T 反射光牛顿环干涉图样 * 光学 几何光学 波动光学 量子光学 第13章 波动光学 研究光的干涉、光的衍射、光的偏振 13.1 相干光 1. 光矢量 光波是电磁波，对应电场强度 和磁场强度 的两个振动。 由于只有电振动 引起底片感光和人眼的视觉， 所以，讨论光波时，只需讨论 ，并将 叫做光矢量。 可见光的范围 nm 760 ~ 400 : l 光强 2 0 E I μ P 2 1 2. 相干光 各次发光相互独立，所以，两个独立的光源，或同一光源 1）普通光源的发光机制 原子能级及发光跃迁 基态 激发态 跃迁 自发辐射 上的两部分发出的光相叠加时不能产生干涉现象。 * 2）相干光的产生 * 光源 分波阵面法 杨氏双缝、双镜、劳埃镜等 分振幅法 水面上的彩色油膜、彩色肥皂泡、劈尖干涉等 13．2 杨氏双缝实验 劳埃镜 13.2.1 杨氏双缝实验 （1801年） 1. 杨氏双缝实验装置及干涉条纹 1 s 实验装置 干涉条纹与缝平行 2. 波程差的计算 明纹中心 暗纹中心 在此， 明纹(加强)、暗纹(减弱)主要决定于波程差 光波到屏上P点的相位差为 。 实验中 Dd、Dx， 得 将上式代入相位差的明暗纹公式，得 k=0,1,2, ··· 明纹中心 k=0,1,2, ··· 暗纹中心 3. 明暗纹条件 4. 干涉条纹的特点 1）与双缝平行、以中央明纹（k=0 的明纹）为对称、明暗相间的直条纹； 2） 条纹等间距，相邻明（或相邻暗）纹间距 S1 S2 S ? ? ? ? ? r1 r2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? S1 S2 S 明 明 暗 暗 暗 暗 明 k=0级 k=1级 k= -1级 缝间距越小，屏越远，干涉越显著。 在D、d 不变时， 条纹疏密与λ正比 3) 白光干涉条纹的特点： 中央 0 级为白色亮纹，两侧为彩色，由蓝到红向外展开 5. 光强分布曲线 例 以单色光垂直照射到相距为0.15mm的双缝上, 双缝与屏幕的垂直距离为0.90m。（1）若第一级明条纹到同侧的第四级明条纹间的距离为8.0mm，求单色光的波长；（2）若入射光的波长为589.3nm，求相邻两明条纹间的距离。 解 （1）根据杨氏双缝干涉明条纹的条件 k=0,1,2, ··· 得 解得 mm （2）根据杨氏双缝干涉条纹间距 代入，得 ，将数值 nm 13.2.2 劳埃镜 半波损失 ：光从光疏介质入射到光密介质界面时，反射光的相位较之入射光的相位跃变了 ，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失. P M L 13.3.1 光程和光程差 光在真空中的速度 光在介质中的速度 2.介质中的波长 n 真空 1. 介质的折射率 u c n = n n l l = 相位差 物理意义：光在折射率为n的介质中传播几何路程r所产生的相位变化，相当于光在真空中传播几何路程nr所产生的相位变化。 图中，光源 、 到P点的相位差为 3.光程：媒质折射率与光的几何路程之积（光程 = ） nr * P * r1 n3 r2 r3 n2 n1 图中光程＝ 4. 相位差与光程差的关系 5. 干涉加强条件 6. 干涉减弱条件 表示光程差 13.3.2 透镜不产生附加光程差 　平行光通过透镜后各光线的光程相等 例1 以单色光照射到相距为0.15mm的双缝上, 双缝与屏幕的垂直距离为0.90m。（1）从第一级明条纹到同侧的第四级明条纹间的距离为8.0mm，求单色光的波长；（2）若入射光的波长为589.3nm，求相邻两明条纹间的距离。 解 （1