[理学]第十一章 光学干涉.ppt

第十一章 光学optics 作业：1~7，13，14，15，21，22，24， 25（问题（1、2））， 26，28，31，32，36 主要内容 例题 劈尖角 等厚干涉（入射角相同，薄膜厚度不均匀） 一、劈尖 (wedge film) 明纹 暗纹 反射光的光程差 （明纹） （暗纹） 讨论 (1)棱边处是明纹还是暗纹？ 为暗纹. (2)相邻明纹（暗纹）间的厚度差 d =0 (3) 条纹间距 ? b ?d dk dk+1 明纹 暗纹 n 所以，如果已知夹角，测出条纹间距，可算出波长 如果波长已知，测出条纹间距，可算出夹角或厚度 (4) 干涉条纹的移动 劈尖干涉的应用 (2)测膜厚 (1)干涉膨胀仪 (3)检验光学元件表面的平整度 条纹偏向膜（空气）厚部，表示平面上有凸起。 条纹弯曲指向低级次，说明平面上有凹坑。 标准平板 待验平板 b a ?d h h dk dk+1 空气 (4) 测细丝的直径 二 牛顿环 由一块平板玻璃和一曲率半径很大的平凸透镜组成 光程差 牛顿环干涉图样 明纹 暗纹 暗环半径 明环半径 R r d 1)从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？ 讨论 2) 条纹间隔分布： 内疏外密 牛顿环条纹的特点 3) 条纹级次分布： 内低外高 （与等倾干涉相同） （与等倾干涉相反） 条纹间距?， 4) 膜厚变化时，条纹的移动： 减小薄膜的厚度，视场中条纹自里向外冒出，反之，缩入。 （与等倾干涉相反） 用波长为?的单色光垂直照射牛顿环装置，若使透镜慢慢上移到原接触点间距离为d，视场中固定点可观察到移过的条纹数目为多少根？ 分析： 光程差改变 ?，条纹移过 1 根； 例题 d 平移 d，?δ = 2d；移过 N= 2d/ ? 牛顿环的应用： 1) 测透镜球面的半径 R 2) 测波长? 3) 检验透镜球表面质量 已知? , 测 m、rk+m、rk ，可得 R 。 已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得? 。 压 环外扩：要打磨中央部分 压 环内缩：要打磨边缘部分 §11-5 迈克耳孙干涉仪 一、仪器光路、原理 M?1 2 2? 1 1? 半透半反膜 补偿板 反射镜 反射镜 光源 观测装置 薄膜d S M2 M1 G1 G2 E （Michelson interferometer） 光束2′和1′发生干涉 ? 等倾条纹 M1 与M2 不严格垂直 M?1、M2有小夹角 ? 等厚条纹 * 理学院 物理系 张建锋 光的干涉 光的衍射 光的偏振 光学 几何光学：以光的直线传播规律为基础研究各种成象光学仪器的理论 波动光学：以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律问题 量子光学：以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律 波动光学 §11-1 相干光 §11-5 迈克耳孙干涉仪 §11-4 劈尖 牛顿环 §11-3 光程 薄膜干涉 §11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜 §11-6 光的衍射 §11–7 单缝衍射 §11-12 双折射 偏振棱镜 §11-11 反射光和折射光的偏振 §11-10 光的偏振性 马吕斯定律 §11-9 衍射光栅 §11-8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 §11-13* 液晶显示 §11-14* 几何光学 §11-1 相干光 一、光的有关概念 平面电磁波方程 其中：电场强度矢量 E 能引起人眼视觉和底片感光，因此 E 矢量称为“光矢量”. 1. 光是一种电磁波 2. 光源（light source） 光源的最基本发光单元是分子、原子。 ? = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列 波列长L = ? c （1）普通光源：自发辐射 独立(不同原子发的光) · · 独立(同一原子先后发的光) (?≈10-8 s) （2）激光光源：受激辐射 ? = (E2-E1)/h E1 E2 ? ? ? 完全一样 (频率, 位相, 振动方向,传播方向) 3. 单色光与复色光 单色光：具有单一频率（波长）的光波 复色光：具有不同频率（波长）的复合光 严格的单色光是不存在的——准单色光 谱线宽度来衡量单色性 ? 0 ? o I I0 I0 /2 ?? 谱线宽度 越小光源的单色性越好 获得单色光的方法 1) 色散的方法. （棱镜; 光栅…） 滤光片的方法. 3) 使用单色光源: 如: 钠光灯、激光光源 二、光的相干性 1. 两列光波的叠加（只讨论电振动） · P · · 1 2 r1 r2 P： ?1 ?2 ? E0 E10 E20 (干涉项) 非相干光源： —非相干叠加 完全相干光源： 相长干涉（明） （k = 0,1,2…）