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* 主讲:左武魁 光 的 干 涉 第 三 章 (The Intervene of Light Wave) §3.1 双缝干涉 §3.2 相干光 §3.3 光程和光程差 §3.4 薄膜干涉 §3.5 劈尖干涉 牛顿环 #§3.6 迈克耳逊干涉仪 第三章 光的干涉 厚度很薄且均匀的透明介质层表面出现干涉条纹的现象,称为薄膜干涉。 观察要求: §3.4 薄膜干涉(film interference) 一、薄膜干涉(等倾条纹) 1.干涉条纹 因两列相干光迭加时几乎是平行的,不能成实像,故观察时要用凸透镜成像。 n e 若薄膜厚度很薄且均匀,则干涉条纹为一组同心圆。 2. 光程差 若入射角i =0,则 若入射角为i ,则 n e Ⅰ Ⅱ 入 上界面的反射光1 与下界面的反射光2 发生干涉;透射光线3 和4 发生干涉。 则光线1、2的光程差 注意:反射光1 有半波损失,所以光程损失半个波长。 n e B A C D ? i 2 1 · S 4 3 厚度均匀的透明薄膜折射率为n ,厚度为 e ;入射光所在介质为真空(或空气)。 ? (分振幅干涉) 二、薄膜干涉分析 1. 条件 2. 分析——光以入射角 i 入射 当波长为? 的光线以倾角 i 入射到薄膜上时, n e B A C D ? i 2 1 · S 4 3 ? (分振幅干涉) 二、薄膜干涉分析 2. 分析——光以入射角 i 入射 ? CAD与反射角互余, 因 ACD与 CAD互余, 反射角与入射角相等, 故 ACD = i sin ACD = sini 又因 故有 n e B A C D ? i 2 1 · S 4 3 ? (分振幅干涉) 二、薄膜干涉分析 2. 分析——光以入射角 i 入射 (折射定律) 所以 n e B A C D ? i 2 1 · S 4 3 ? (分振幅干涉) 二、薄膜干涉分析 2. 分析——光以入射角 i 入射 波长一定、倾角i 相同的入射光线,对应于同一级干涉条纹—— 等倾条纹。 注意: 光程差取决于倾角(入射角)。 可见: 3. 结论: ∵ n e B A C D ? i 2 1 · S 4 3 ? (分振幅干涉) 二、薄膜干涉分析 3. 结论: 明纹条件: 暗纹条件: 等倾干涉条纹 等倾干涉环是一组内疏外密的圆环。 *若白光入射,则干涉环为彩色圆环。 *若观察从薄膜透过的光线,也可看 到干涉环,且与反射干涉环互补。 干涉条纹是一组明暗相间的同心圆环。(详析见P148) 增透膜 Ⅰ Ⅱ e n1 空气 n2 氟化镁 n3 透镜 i = 0 , n1 n2 n3 反射光Ⅰ和Ⅱ均有半波损失,所以 光程差 控制膜的厚度使 可使反射光相干减弱,增强透射光。 若光正入射,即i = 0,则 (常用) 入 三、薄膜干涉的应用 二、薄膜干涉分析 4. 特例——光线垂直入射 由 知 (K=0,1,2…) Ⅰ Ⅱ h n0 空气 nc 介质膜 n 透镜 ? 课 堂 讨 论 例3.7(P150) 在一折射率为n的玻璃片基上均匀镀一层折射率为nc的透明介质膜。今使波长为λ的单色光由空气(n0)垂直入射到介质膜表面上。 若想使在介质膜上下表面反射的光干涉相消,介质膜至少应多厚?设n0 nc n 。 解: 以h表示介质膜厚度,则两反射光的光程差是2nch , k = 0,1,2… 依题意取k = 0,则可得 两反射光干涉相消(暗纹)的条件是 用波长为 ? 的单色光观察等倾干涉条纹,视场中心为一亮斑。外面围以若干圆环。若慢慢增大薄膜厚度,则看到的干涉圆环会有什么变化? 例3.6(P149) 分析: 由 知 当 e δ k 即:视场中任一点处的圆环级次会随着e的增加而加大。 此时会看到:各级圆环不断地扩大,圆环中心会有新的亮斑不断地涌现。 课 堂 讨 论 平行光正入射 ( i = 0 )到劈尖上。 ? 反射光 2 ? n A 反射光1 e 因θ很小,故反射光1、2 在上表面相遇而发生干涉。 则在A点: 反射光1、2 的光程差 Q P ? ? §3.5 劈尖 牛顿环 ( Cuniform Intervene, Newton Rings ) 条件: 折射率为n的劈尖状的介质薄片或膜放在空气中。 分析: n 用e 表示A点处劈尖的厚度, (反射光1有半波损失) 一、劈尖
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