光学-第1章-光的干涉.ppt

*三.等厚干涉1.单色点光源引起的等厚干涉条纹设一折射率为n2、上下表面不平行的透明介质薄膜置于另一透明介质n1中。将单色点光源S放在透镜L1的焦点处，使平行光束ab照射到薄膜上表面。则光束a1b1和a2b2将沿不同的方向传播。(1)实验装置L1Scaba1n1c1n2a2b1b2n1*(2)光程差计算DL2cac1a2CBACd0i1i2n1n2n1在光束a1b1和a2b2中分别选择经过上表面同一点C的光线c1和a2。做AD垂直于光线c于D点，则A、D两点都在入射光束ac的同一波面上，光线c1和a2两列光波来自于同一波阵面上，是相干光波。置透镜L2于反射光中，C为C点的像。则A点经薄膜到C点和从D点直接到C点的光程差为:d0为C点处的膜厚*(3)干涉公式实际中多采用正入射，即i1=0，所以*(1)实验装置有两个表面平整的介质片(如玻璃片)，一端接触，其间夹角很小，形成一个劈尖形的透明薄膜，称为劈尖膜。2.劈尖干涉单色平行光垂直照射劈尖，入射光经劈尖上、下表面反射，两束反射光在上表面相遇而产生干涉，形成平行于棱边的一系列明暗相间的直条纹，实验装置如右图所示。dk*棱处是明纹还是暗纹？(2)光程差计算当光束垂直入射时，经劈尖上、下表面反射的两束光的光程差为：*(3)干涉条纹分布特点①条纹位置：即各级条纹处对应的劈尖膜的厚度dk棱边处为0级暗纹*②相邻明、暗纹对应的薄膜厚度差Δd：③相邻两条明、暗纹之间的距离l④在劈尖上表面最多呈现的条纹数目N：⑤若白光入射光，则形成靠近棱边由紫到红色的直线形条纹。*⑥劈尖参数对条纹的影响：劈角由小变大时，条纹由疏变密；反之亦然。薄膜厚度变大时，条纹疏密程度不变，整体向劈棱方向平移，反之亦然。*(4)劈尖的应用①测量细丝直径、微小夹角例如：两玻璃片一端接触、另一端夹一细丝，在二者之间形成一个空气薄膜，n2=1，光垂直入射，i1≈i2=0。(a)如何测细丝直径d？(b)如何测夹角θ？分析：(a)∵n1n2n3,,反射有额外光程差，∴棱处为暗条纹。暗纹条件为：2n2d=kλ（k=0,1,2,…）假如一共有m条暗纹，则得：d=(m-1)Δd=(m-1)λ/2(第1条暗纹k=0,第m条暗纹k=m-1)(b)若d已知，可测得长度L，则θ≈sinθ=d/L。*②检查光学平面的平整度如图：BB为一标准平板，AA是待测平板。在AA与BB之间的一端垫一薄片，则在AA与BB之间形成劈尖形空气薄膜。若待测平面平整时，条纹为直线条纹；若待测平面局部不平整时，则条纹局部发生弯曲或畸变。*凸起、凹陷的判断：由于同一级条纹下的劈尖厚度相同，当待测平面上出现凹陷时，相当于上板上移，条纹靠近棱边向左弯曲；反之，当待测平面上出现凸起时，相当于上板下移，条纹远离棱边向右弯曲；。*薄膜厚度为:③测膜厚如图所示是集成光学中的劈形薄膜耦合器。它由沉积在玻璃上的Ti2O5薄膜构成，薄膜劈形端从A到B样板厚度逐渐减小到零。能量由薄膜耦合到衬底中。为了检测薄膜的厚度，以波长为632.8nm的氦氖激光垂直投射，观察到薄膜劈形端共展开15条暗纹，而且A处对应一条暗纹。Ti2O5对632.8nm的氦氖激光的折射率为n2=2.20，问Ti2O5薄膜的厚度是多少？(第1条暗纹k=0,第15条暗纹k=14)*XianPolytechnicUniversity劈尖耦合器原理：入射在薄膜表面上的波，发生全反射，从而在薄膜中传播。当入射到劈尖的表面时，随着劈尖逐渐变薄，光在薄膜衬底界面上的入射角不断减小。当入射角变得小于全反射角时，光能量开始折射到衬底中，最终使大多数入射能量都转换到出射光束中。出射光束的特点是：具有较大的发散性。*④测量微小变化例如：干涉膨胀仪平板玻璃与材料表面之间形成空气劈尖，光垂直照射。材料加热、膨胀，表面上升，观察反射光的干涉条纹如何变化。待测材料，测其热膨胀系数平板玻璃磨成小斜面石英环分析：待测材料膨胀后，空气膜变薄，如图虚线所示为膨胀后的表面；膜厚相同的位置向右移，条纹向右移动。每移动1个条纹，对应的厚度差为：Δd