大学物理(下)第十五章波动光学上.ppt

2）测膜厚 1）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用 工件表面纹路是凹的 3）检验光学元件表面的平整度 4）测细丝的直径 例1 折射率为n=1.60的两块平面玻璃板之间形成一空气劈尖，用波长?=600nm的单色光垂直照射，产生等厚干涉条纹，若在劈尖内充满n=1.40的液体，相邻明纹间距缩小? l = 0.5mm，求劈尖角?。 解：设空气劈尖时相邻明纹间距为l1，液体劈尖时相邻明纹间距为l2，由间距公式 例2 制造半导体元件时，常需精确测定硅片上镀有二氧化硅薄膜的厚度，可用化学方法把薄膜的一部分腐蚀成劈尖形，用波长? =589.3nm的单色光从空气垂直照射，二氧化硅的折射率 n=1.5，硅的折射率为 3.42，若观察到如图所示的7条明纹。问二氧化硅膜的厚度d =? 解：上下两面都有半波损失，互相抵消，光程差为： 棱边处 e=0 , 对应于 k=0 , 所以厚度为 d 处的明纹对应于 k=6 , 故二氧化硅膜的厚度为: 2、牛顿环 曲率半径很大的平凸透镜放在平玻璃板上，在其之间形成环状劈形空气层，用单色光垂直照射在平凸透镜上可以观察到一组明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。 牛顿环实验装置 牛顿环干涉图样 显微镜 S L M半透半反镜 T 厚度为e处空气层上下表面反射光程差为： 当 e = 0 时，? =?/2，中心暗斑。 R e 明纹 暗纹 暗环半径 明环半径 r 1）牛顿环属于等厚干涉，但条纹间距不等，为什么？ 2）将牛顿环置于n 1 的液体中，条纹如何变？ 讨 论 暗环半径 明环半径 条纹变密集 3）牛顿环的应用： 测量平凸透镜的曲率半径、测量光波波长等 例题 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛顿环实验，测得第 k 个暗环的半径为5.63mm，第 k+5 暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R。 解： 增透膜 在透镜表面镀一层厚度均匀的透明介质膜，使其上、下表面对某种色光的反射光产生相消干涉，其结果是减少了该光的反射，增加了它的透射。 照相机镜头 眼镜 三、增反膜和增透膜 激光器谐振腔 宇航服 增反膜 利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下表面对某种色光的反射光发生相长干涉，其结果是增加了该光的反射，减少了它的透射。 玻璃 氟化镁为增透膜 例题 照相机的镜头是折射率为1.5的玻璃，为了增加透射率，在它上面镀一层折射率为 1.38 的透明氟化镁薄膜，若要使垂直入射到镜头上的黄绿光(波长约为550nm)最大限度进入镜头，求氟化镁膜的最小厚度。 2 3 解 ： 减弱 取 要使反射最少，必须满足： 1 迈克耳孙干涉仪实验装置 迈克耳孙(A.A.Michelson, 1852-1931)干涉仪是利用光的干涉精确测量长度和长度变化的仪器。 五、迈克耳孙干涉仪 单色光源 分光板 补偿板 移动导轨 反射镜 反射镜 ，且与 成 角 反射镜 反射镜 单色光源 光程差 的像 反射镜 单色光源 反射镜 当M2不垂直于 M1时，可形成劈尖型等厚干涉条纹。 移动反射镜 M1 例题 把折射率n=1.40的薄膜放入迈可耳逊干涉仪的一臂时，由此产生了7条条纹移动，设入射光的波长?=632.8nm，求膜的厚度。 解：设膜的厚度为e，插入膜后增加的光程差为 * * * * 第十五章 波 动 光 学 电磁波谱 电 磁 波 谱 可见光的范围 15-1 光的相干性 一、光的电磁理论 光是频率在一定范围内，对人眼能产生视觉的电磁波。 光矢量 平面简谐电磁波 电磁波是电场强度 与磁场强度 的矢量波 能够引起视觉的是 矢量。 电磁波是横波， 和 互相垂直，且与波的传播方向垂直。 真空中电磁波的传播速度（光速） 二、光的相干性 干涉现象是一切波动所具有的共同特性。 1) 频率相同 2) 存在平行的光振动分量 3) 在相遇点相位差恒定 两列光的相干条件 两列光相干叠加时干涉加强与减弱的条件 相位差 时，干涉加强 相位差 时，干涉减弱 三、普通光源发光微观机制的特点 原子能级及发光跃迁 基态 激发态 跃迁 自发辐射 普通光源的发光机制——自发辐射 P 2 1 普通光源发光特点： 原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列, 各原子各次发光相互独立，各波列互不相干。 激光束干涉实验 单色激光光源不同原子所发的光具有相干性 （频率、相位、振动方向、传播方向都相同） 激光光源——受激辐射 E2