《大学物理教学资料》第10章光的干涉.ppt

光程差 例：双缝干涉中，入射光波长为?，双缝至屏的距离为D，在一个缝后放一厚为b的透明薄膜，此时中央明纹处仍为一明纹，求该明纹的干涉级。 S1 S2 d D X O P nb O 解： 例： 杨氏双缝实验，用透明片遮住上缝，发现中央明纹向上移动了3个条纹，已知该片折射率为1.4，求该片厚度。 利用光的干涉可以测量与光波波长同数量级的长度 P S1 S2 0 1 2 3 解： 10.6.2 薄透镜的等光程性 平行光波A、B、C到达F点后， 各光线光程相同，相差为0，干 涉加强 平行光通过透镜后，光线会聚在焦点，形成一亮点。 在焦点处各光线是同相的。 透镜可改变光的方向，但不附加光程差 地面彩色油膜 肥皂泡上的彩色条纹 扩展光源的干涉： 10.7 分振幅干涉 薄膜干涉 两条光线是从同一条入射线分出来的，所以它们一定是相干光 光的能流与其振幅平方成正比，所以这种干涉称为分振幅干涉 10.7.1 薄膜的等倾干涉： 这两种情况可以不考虑附加光程差。 因而，光线b2与b1光程差为： 因而，光线b2与b1光程差为： 薄膜干涉加强和相消的条件为： 光线b2与b1光程差为： b2 b1 b3 b1’ b2’ 3、透射光b’1，b’2的相干情况与反射光 刚好相反，如果反射光加强，则透射光 减弱。这是由能量守恒决定的。 透射光的相干加强和相消条件 明纹 暗纹 增透膜和增反膜 利用薄膜干涉可以提高光学器件 的透光率 . 取 （增强） 氟化镁为增透膜 例 为了增加透射率 , 求氟化镁膜的 最小厚度. 已知 空气 氟化镁 , 减弱 解 则 2 3 玻璃 解 (1) 例 一油轮漏出的油(折射率 =1.20)污染了某海域, 在海水( =1.30)表面形成一层薄薄的油污. (1) 如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色? (2) 如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色? 绿色 (2) 透射光的光程差 红光 紫光 紫红色 10.7.2 等厚干涉 光入射到厚度不均匀的透明介质薄膜上 当 i 保持不变时，光程差仅与膜的厚度有关，凡厚度相同的地方光程差相同，从而对应同一条干涉条纹 等厚干涉条纹的形状取决于薄膜上厚度相同的点的轨迹。 如轨迹为一直线，则干涉条纹为一直线；劈尖干涉 如轨迹为一圆，则干涉条纹也为圆环；牛顿环 当光垂直入射时， 劈尖薄膜的干涉 劈尖：夹角很小的介质薄片或薄膜 ? 反射光2 e ? n? n? n 反射光1 入射光(单色平行光垂直入射) (设n n? ) 等厚条纹是一些与棱边平行的明暗相间的直条纹。 在棱边处 ?d dk dk+1 k级明纹 k+1级明纹 相邻明纹厚度差 d=0，由于半波损失而形成暗纹。 相邻两条亮纹或暗纹之间的距离 为： 当角度很小时， 当波长一定时，劈尖角越大，条纹间距越小，即条纹越密； 当劈尖角大于某一值时，则干涉条纹将无法分辨。 k级暗纹 相邻暗纹厚度差 明纹 暗纹 10.7.3 等厚干涉应用 1.测量方面 （1）测薄膜厚度。测某基板上镀膜厚度，先将其腐蚀为劈尖形，用单色光垂直照射，就可以计算薄膜厚度 波长为 的单色光垂直照射折射率为n2的劈尖，如图，设n1n2n3,从交棱o开始向右数，表面为第五条暗纹，求膜厚。 n1 n2 n3 明纹 暗纹 第5条暗纹 O k级明纹 解一： 薄膜 基板 交棱o处，d=0，明纹 k=0 为第一条暗纹，…k=4为第五条暗纹 即： （2）测细丝直径 解二： n1 n2 n3 明纹 暗纹 第5条暗纹 O k级明纹 L D 例 为了测量金属细丝的直径，把金属丝夹在两块平玻璃之间，形成劈尖，如图所示，如用单色光垂直照射 ，就得到等厚干涉条纹。测出干涉条纹的间距，就可以算出金属丝的直径。某次的测量结果为：单色光的波长? =589.3nm金属丝与劈间顶点间的距离L=28.880mm，30条明纹间得距离为4.295mm,求金属丝的直径D？ L D 相邻两条明纹间的间距 （3）测量微小厚度的改变 相邻两条亮纹或暗纹之间的距离 为： dk dk+1 干涉条纹向干涉级低的方向移动 * 一、 光的本性 第三篇 波 动 光 学 牛顿的微粒说： 光是由光源发出的微粒流。 惠更斯的波动说：光是一种波动。 1801年，英国物理学家托马斯·杨首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。 1865年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波