第2节_光程差—薄膜干涉.ppt

精选ppt 第二节 光程差 薄膜干涉 在真空中光的波长为 ?，光速为 C，进入折射率为 n 的介质中后，波长?n , 光速为 v ,则有： 处理方法：把光在介质中的波长折合成它在真空中的波长作为测量距离的标尺，并进一步把光在介质中传播的距离折合成光在真空中传播的距离。 一、光程与光程差 光源的频率不变，光在传播过程中频率保持不变。 而 同一频率的光在不同介质中波长不相同。 1.光程? 光程?：光在介质中传播的波程与介质折射率的乘积。 设光在折射率为 n 的介质中传播的几何路程为 L，则 有 定义： 意义：光在t时刻内在真空中通过的路程nL就相当于光在介质中在相同的时间内所通过的路程。 在一条波线上，波在介质中前进L，位相改变为： （同一波线上两点间的位相差） 1 .光程差?：两束光的光程之差。 如果光线穿过多种介质时，其光程为： r1 n1 r2 n2 ri ni rn nn 可以证明：光通过相等的光程，所需时间相同，位相变化也相同。 设一束光经历光程?1，另一束光经历光程?2，则这两束光的光程差为： 2.光程差? 2.光程差与相位差的关系（设两光同位相） 则相位差为： 问：原来的零极条纹移至何处？若移至原来的第 k 级明条纹处，其厚度 h 为多少？ 例1：已知：S2 缝上覆盖的介质厚度为 h ，折射率为 n ，设入射光的波为? 解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差 当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足： 所以零级明条纹下移 原来 k 级明条纹位置满足： 设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级处，它必须同时满足： 例2.在图示的双缝反射实验中，若用半圆筒形薄玻璃片（折射率 n1=1.4 ）覆盖缝 S1，用同样厚度的玻璃片（折射率 n2=1.7）覆盖缝 S2，将使屏上原来未放玻璃时的中央明条纹所在处O变为第五级明纹。设单色光波长 ? =480.0nm，求玻璃片的厚度 d。 解：覆盖玻璃前 覆盖玻璃后 则有 例3.如图所示,用波长为 l 的单色光照射双缝干涉实验装置,并将一折射率为 n、劈角为 a （a 很小）的透明劈尖 b 插入光线 2 中.设缝光源 S 和屏 c 上的 o 点都在双缝 S1 和 S2 在中垂线上.问要使 o 点的光强由最亮变为最暗,劈尖 b 至少应向上移动多大距离 d ( 只遮住S2 ) ? 解:设 o 点最亮时,光线 2 在劈尖 b 中传播距离为 l1 ,则由双缝 S1 和 S2 分别到达 o 点的光线的光程差满足下式: (1) (2) (1)得： 由图可求出： 由(3)和(4)得：劈尖b应向上移动的最小距离为 或 (2) (3) (4) 设 o 点由此时第一次变为最暗时,光线 2 在劈尖 b 中传播的距离为 l2 ,则由双缝 S1 和 S2 分别到达 o 点的两光程差满足下式 F 通过光轴的光线波程最短，但在透镜中的光程长；远离光轴的光线波程长，但在透镜中的光程短，总的来讲，各条光线的光程都是相同的。 F 二、几个概念 透镜可以改变光线的传播方向，但是在光路中放入薄透镜不会引起附加的光程差。 波阵面 波阵面 1.薄透镜不引起附加光程差 产生条件： 当光从折射率小的光疏介质，正入射或掠入射于折射率大的光密介质时，则反射光有半波损失。 当光从折射率大的光密介质，正入射于折射率小的光疏介质时，反射光没有半波损失。 折射光都无半波损失。 半波损失：光从光疏介质进入光密介质，光反射后有了量值为 的位相突变，即在反射过程中损失了半个波长的现象。 2.半波损失 单色光以入射角 i 从折射率为 n1介质 进入折射率为n2 的介质， i ① ② 三、薄膜干涉 d i r ① ② i 在薄膜的上下两表面产生的反射光 ①光、② 光，满足相干光的 5 个条件，能产生干涉，经透镜汇聚，在焦平面上产生等倾干涉条纹。 从焦点 P 到 CD 波面，两条光的光程差为 0，则在未考虑半波损失时① 光、② 光的光程差为： d i i r ① ② r i 由折射定律 考虑半波损失： i ① ② 光程差不附加 光程差附加 未考虑半波损失时 光程差 干涉的加强减弱条件: 加强 减弱 1.如果照射到薄膜上的是平行入射光，入射角一定，则不同的薄膜厚度就有不同的光程差，也就有不同的干涉条纹。这种一组干涉条纹的每一条对应薄膜一厚度的干涉，称为等厚干涉。 2.如果光源是扩展光源，每一点都可以发出一束近似平行的光线，以不同的入射角入射薄膜，在反射方向上放一透镜，每一束平行光会在透镜焦平面上会取聚一点。当薄膜厚度一定时，在透镜焦平面上每一干涉条纹都与一入射角对应，称这种干涉为等倾干涉。 用同样的办法可以推导透射光的光程差。 讨论： 光学镜头为减少反射光，通常要镀增透膜。 四、