第4章光的干涉学案.ppt

一. 迈克耳孙干涉仪的光路 镜M2与镜M1像之间空气膜的干涉 M?1 2 2? 1 1? S 半透半反膜 M2 M1 G1 G2 E 二. 干涉条纹 1. 等倾圆环 * 等倾条纹特点 (1) 当 整个视场为暗区（实际由于镀膜视场不暗）； (2) 当 h 增大时，有： a. 中心亮暗交替，h 每改变 ，光程改变 ，暗亮转换一次； b. 圆环不断从中心涌出并向外散开，h每增加 ,从中心生出一个新亮点; 积分得 令： ?光源临界宽度 光源宽度增加?衬比度减小 光源宽度增为 时?可见度为零 结论： 空间相干性是光场中不同点在同一时刻的光振动的 相关程度 屏上干涉条纹可见度的直观描述 若两列波振幅相等 相干程度?条纹衬比度(对比度) 完全相干 完全非相干 部分相干 例1 在杨氏双缝实验装置中，已知 求光源缝 S 的许可宽度。 解：由光源的许可宽度 为了获得大于90%的可见度，光源缝宽不超过 0.05mm 例2 试求菲涅耳双面镜的干涉孔径角。已知双面镜的夹角为l’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm和1m，光源发出的光波长为550nm，试计算光源的临界宽度和许可宽度。 解： S为光源面上一点,从它发出的两束光经双面镜反射后交于干涉场中P S1，S2为S经双面镜的像 P1，P2为P经双面镜的像 干涉孔径角： 分振幅干涉 透明薄板、薄膜 反射光中的双光束干涉 入射角不大时，反射率都很小，除反射的1、2两束强度相近外，其他反射光束及所有透射光束的光强随序号迅速衰减。 薄膜干涉 分振幅法 薄膜 1 2 反射空间任何区域都可以呈现干涉条纹—非定域 光源为非点光源—扩展光源 只在某些特定空间区域才有干涉条纹--该区域中各点源的条纹无错位或错位量明显小于一个条纹间距—这种干涉 定域干涉 薄膜干涉(一)---等倾干涉 光程差公式 亮纹 暗纹 由几何关系和折射定律 当薄膜上下介质相同时，上下界面反射光束间有π的附加相位差 i n M L S f 屏幕 观察等倾条纹的实验装置和光路 1) 扩展光源增加干涉条纹的亮度—无衬比度下降 可以为单色或非单色光源 2) 条纹定域于无限远或正透镜后焦面 3) 条纹观察面上一点对应一个入(出)射方向,一个条纹对应 一个i0 ?等倾圆条纹 小结 L f P o r环 B e n? n? n n? i r A C D · · 2 1 S i i i · · · i P i f o r环 e n? n? n n? 面光源 · · · 等倾圆环条纹的分析 透镜光轴垂直于介质膜面-介质膜上下方介质相同(n0)-有半波损失 1. 条纹级次变化 正入射中心点 亮纹 中心干涉级次 不一定为整数—设为整数—中央为 级亮纹(不影响条纹性质) 中心向外—i0增大? 减小?干涉级次降低(m减小) 中心 亮纹序号 径向向外 2. 第N个亮环半径 接近正入射 透镜焦距为f ，第N个亮环半径： 3. 相邻圆环的间距 相邻圆环角间距 条纹间距 四. 透射光的干涉 1. 透射光中均无附加相位差—透射光干涉条纹与反射光干涉 条纹互补 2. 透射光的振幅衰减大，条纹可见度很小 条纹间距和条纹角间距都正比于 --从中心向外 逐渐加大--间距逐渐减小—条纹逐渐密集 结论 4.9 薄膜干涉(二)－等厚干涉 膜很薄时,AP间膜可视为等厚， 则S发出的光在上下两表面反 射到A的光程差： 单色光入射：i 完全相同--h相同 --光程差相等--同一级条纹 --等厚干涉 注意： 可用扩展光源观察等厚干涉条纹 一.实验观察 ? h ? n0 n0 n · A 反射光2 反射光1 单色 (设n n0) · S P 由点光源产生的薄膜干涉 是非定域的混合干涉条纹 二. 条纹定域 在薄膜表面附近 由扩展 光源可观察等厚干涉条纹 条纹衬比度下降 三. 尖劈和牛顿环 1. 尖劈薄膜 很小---入射角为零 正入射 明纹 暗纹 同一厚度 e 对应同一级条纹 —— 等厚条纹 条纹形状 与薄膜的等厚线相同 ? e ? n? n? n · A 反射光2 反射光1 入射光(单色平行光垂直入射) (设n n? ) 条纹间距 条纹间距 明纹 暗纹 相邻条纹的光程差差一个波长 条纹的移动 条纹疏密的变化 （反映楔角的改变） 平移厚度 改变楔角 明纹 暗纹 ? 越小， △l 越大， 条纹越稀； 越大， △l越小， 条纹越密。 当?大到某一值，条纹密不可分，无干涉。 注意：相邻条纹之间对应的厚度差或间距l与有无半波损失无关。半波损失仅影响何处是明，何处是暗。 厚度变