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1、干涉干涉2724172724172.2.干涉现象的光强分布图象干涉现象的光强分布图象条纹的衬比条纹的衬比度最好。度最好。如如衬比度衬比度 把劈尖上表面向上缓慢平移，有何现象？把劈尖上表面向上缓慢平移，有何现象？因为劈尖角不变，条纹间距不变。因为劈尖角不变，条纹间距不变。 把劈尖角逐渐增大把劈尖角逐渐增大因为劈尖角变大，条纹间距变小。因为劈尖角变大，条纹间距变小。劈尖上表面向上缓慢平移时等光程差处向劈棱处移动，条纹劈尖上表面向上缓慢平移时等光程差处向劈棱处移动，条纹向劈棱处移动。向劈棱处移动。因为劈尖角增大时等光程差处向劈棱处移动，条纹向劈棱处挤。因为劈尖角增大时等光程差处向劈棱处移动，条纹向劈
2、棱处挤。劈尖上干涉条纹的总条纹数不变。劈尖上干涉条纹的总条纹数不变。劈尖上干涉条纹的总条纹数变多。劈尖上干涉条纹的总条纹数变多。 每一条每一条纹对应劈尖纹对应劈尖内的一个厚内的一个厚度，当此厚度，当此厚度位置改变度位置改变时，对应的时，对应的条纹随之移条纹随之移动动. .干涉条纹的移动干涉条纹的移动劈尖的应用劈尖的应用 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化 测测工件工件表面表面平整平整度度L L明纹明纹暗纹暗纹 A AB BC C 如果观察到的干涉条纹远如果观察到的干涉条纹远离棱边弯曲，判断工件表面下离棱边弯曲，判断工件表面下凹还是上凸？凹还是上凸？分析：分析：同一级次的条纹对
3、应同一膜厚，所同一级次的条纹对应同一膜厚，所以在同一条纹上，远离棱边的膜厚以在同一条纹上，远离棱边的膜厚(c)(c)和直的部分和直的部分(A,B)(A,B)所对应的膜厚所对应的膜厚度应该相等，本来越远离棱边膜的度应该相等，本来越远离棱边膜的厚度应越大，而现在在同一条纹上厚度应越大，而现在在同一条纹上近棱边处和远棱边处厚度相等。近棱边处和远棱边处厚度相等。结论：结论：工件表面是上凸的。工件表面是上凸的。 如果观察到的干涉条纹向棱边弯曲。则可判断工件表面如果观察到的干涉条纹向棱边弯曲。则可判断工件表面是凹下去的。是凹下去的。则：则：纹路深为：纹路深为：设：设：a a是条纹弯曲深度，是条纹弯曲深度，
4、L L是条纹间隔，是条纹间隔，而：而：h h为纹路深度为纹路深度e ek ke ek+1k+1L L e eh ha aL La ah h例例1、测量钢球直径。、测量钢球直径。用波长为用波长为589.3nm的钠黄光的钠黄光垂直照射长垂直照射长 L=20mm 的的空气空气劈尖，测得条纹间距为劈尖，测得条纹间距为1.1810-4 m。求：钢球直径。求：钢球直径d。解：解：例例2、为检测某一工件的表面光洁度，在它表面上放一块标准、为检测某一工件的表面光洁度，在它表面上放一块标准平面玻璃，一端垫一小片锡箔，使平板玻璃与待测物之间形成平面玻璃，一端垫一小片锡箔，使平板玻璃与待测物之间形成空气劈尖，用通过
5、绿色滤片的波长为空气劈尖，用通过绿色滤片的波长为550nm的光垂直照射，观的光垂直照射，观测到一般干涉条纹间距测到一般干涉条纹间距l=2.34mm，但某处条纹弯曲如图所示，但某处条纹弯曲如图所示，其弯曲最大畸变量其弯曲最大畸变量a=1.86mm。问：该处工件表面有怎样的缺。问：该处工件表面有怎样的缺陷，其深度（或高度）如何？陷，其深度（或高度）如何？解：解：.S分束镜分束镜M 显微镜显微镜o erR平晶平晶平凸透镜平凸透镜 暗环暗环 o 牛顿环牛顿环装置简图装置简图平凸透镜平凸透镜平晶平晶牛顿环半径和平凸镜曲率半径及膜厚间的关系。牛顿环半径和平凸镜曲率半径及膜厚间的关系。二二. 牛顿环牛顿环
6、erR oO1）明纹、暗纹条件：）明纹、暗纹条件：亮纹亮纹暗纹暗纹2）明（暗）环的半径：）明（暗）环的半径：明环半径明环半径暗环半径暗环半径 相邻明（暗）环的间距：相邻明（暗）环的间距：中心一暗斑！中心一暗斑！3）干涉图样：内疏外密中心为暗点的圆环。）干涉图样：内疏外密中心为暗点的圆环。牛顿环应用牛顿环应用测量未知单色平行光的波长测量未知单色平行光的波长已知第已知第 k 级和第级和第 m 级暗环直径级暗环直径 dk、dm检测光学镜头表面曲率是否合格检测光学镜头表面曲率是否合格解：解：例例1、在牛顿环实验中，以钠光灯为光源，测得牛顿环第、在牛顿环实验中，以钠光灯为光源，测得牛顿环第 k=20 的
7、暗环直径的暗环直径 d=11.75mm 求透镜的曲率半径。求透镜的曲率半径。例例2、用曲率半径、用曲率半径 R=4.50m 的平凸透镜做牛顿环实验，测得第的平凸透镜做牛顿环实验，测得第 k 级暗环半径级暗环半径rk=4.950mm,第第(k+5)级暗环半径级暗环半径r k+5=6.605mm，问，问所使用的单色光波长是多少，环级数所使用的单色光波长是多少，环级数 k 值如何？值如何？解：解：联立得联立得3.7 3.7 薄膜干涉（二）薄膜干涉（二） 等倾条纹等倾条纹1. 1. 点光源照明时的干涉条纹分析点光源照明时的干涉条纹分析L fPo r环环B eni rA CD21Siii光束光束1 1、
8、2 2的光程差：的光程差：得得 或或明纹明纹暗纹暗纹1 1）倾角倾角i i相同的光线对应同一条干涉条纹相同的光线对应同一条干涉条纹等倾条纹等倾条纹2 2）当垂直入射时：当垂直入射时：i i越大，越大，越小，对应的干涉级越低，越小，对应的干涉级越低，中心处中心处干涉级最高。干涉级最高。 中央可以是明纹，也可以是暗纹，由膜的厚度决定。中央可以是明纹，也可以是暗纹，由膜的厚度决定。3 3）等倾干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。等倾干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。形成级次最高的中央条纹。形成级次最高的中央条纹。结论：结论：条纹间隔分布：内疏外密条纹间隔分布：内疏外密2.2.面光源照明时，干涉条纹
9、的分析面光源照明时，干涉条纹的分析iPifor环环en面光源面光源只只要要入入射射角角i i相相同同，都都将将汇汇聚聚在在同同一一个个干干涉涉环环上上（非非相相干干叠加）叠加）注意折射率的匹配所注意折射率的匹配所引起的半波损失。引起的半波损失。3. 3. 应用：增透应用：增透( (射射) )膜和增反射膜膜和增反射膜 增透膜、多层膜增透膜、多层膜1) 增透膜增透膜对某一特定波长对某一特定波长 ，反射干，反射干涉相消，透射光干涉相长。涉相消，透射光干涉相长。2) 高反膜高反膜 对某一特定波长使反射率大大对某一特定波长使反射率大大加强，透射率相应减少。加强，透射率相应减少。3) 干涉滤光层干涉滤光层
10、 多层膜可使从白光中获得特定多层膜可使从白光中获得特定波长范围的光。波长范围的光。等倾干涉应用等倾干涉应用增透膜和增反膜增透膜和增反膜 用薄膜干涉使反射光减小，透射光增强，这样用薄膜干涉使反射光减小，透射光增强，这样的薄膜称为增透膜。的薄膜称为增透膜。n n1 1n n2 2n n3 3玻璃玻璃MgFMgF2 2空气空气h h垂直入射时，两反射光的光程差为垂直入射时，两反射光的光程差为干涉相消的条件为干涉相消的条件为介质膜最小厚度为介质膜最小厚度为增透膜：增透膜：一定膜厚只对应一种波长。一定膜厚只对应一种波长。例例1 1 用波长为用波长为 的单色光观察等倾条纹的单色光观察等倾条纹, ,看到视场
11、中心为一看到视场中心为一亮斑亮斑, ,外面围以若干圆环外面围以若干圆环, ,现若慢慢增大薄膜的厚度现若慢慢增大薄膜的厚度, ,则看到则看到的干涉圆环会有什么变化的干涉圆环会有什么变化? ?光程差光程差i= 0i= 0k k是中心亮斑的级次是中心亮斑的级次. .解解: :中心亮度：中心亮度：中心级数：中心级数：亮亮暗暗亮亮k+1k+1级明纹级明纹k k级明纹级明纹k k级暗纹级暗纹同时周围的亮环也向外扩大一圈。同时周围的亮环也向外扩大一圈。膜厚每增加膜厚每增加中心冒出一个亮斑中心冒出一个亮斑如果减小膜厚，则亮斑向中心收缩。如果减小膜厚，则亮斑向中心收缩。解解 例例2 一油轮漏出的油一油轮漏出的油
12、(折射率折射率 =1.20)污染了某海污染了某海 域域, 在海水在海水( =1.30)表面形成一层薄薄的油污表面形成一层薄薄的油污. 如果太阳正位于海域上空如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机一直升飞机的驾驶员从机上向下观察上向下观察,他所正对的油层厚度为他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油则他将观察到油层呈什么颜色层呈什么颜色? 绿色绿色 例例3:为了利用光的干涉作用减少玻璃表面对入射光的反射，为了利用光的干涉作用减少玻璃表面对入射光的反射，以增大透射光的强度，常在仪器镜头以增大透射光的强度，常在仪器镜头(折射率为折射率为1.50)表面涂敷表面涂敷一层透明介质膜一层透明介
13、质膜 (多用多用MgF2，折射率为，折射率为1.38), 称为增透膜。若称为增透膜。若使镜头对人眼和照相机底片最敏感的黄绿光使镜头对人眼和照相机底片最敏感的黄绿光( = 550 nm)反射反射最小，试求介质膜的最小厚度。最小，试求介质膜的最小厚度。 解解: 因上、下表面反射光都有半波损失因上、下表面反射光都有半波损失所以有所以有 = 2 e n2 由由干涉相消干涉相消条件得条件得所以所以按题意求氟化镁薄膜厚度的最小值，故应取按题意求氟化镁薄膜厚度的最小值，故应取k = 0 故故空气空气n1=1.00MgF2 n2=1.38玻璃玻璃n3=1.50ab 例例4:在水面上飘浮着一层厚度为在水面上飘浮
14、着一层厚度为0.316 m的油膜，其折射率为的油膜，其折射率为1.40。中午的阳光垂直照射在油膜上，问油膜呈现什么颜色？。中午的阳光垂直照射在油膜上，问油膜呈现什么颜色？ 空气空气油膜油膜水水12解解: 由图知光由图知光1和光和光2的光程差为的光程差为油膜颜色是干涉加强光波颜色满足油膜颜色是干涉加强光波颜色满足或或当当k = 1时，干涉加强的波长为时，干涉加强的波长为 当当k = 2时，干涉加强的波长为时，干涉加强的波长为 = 0.590 m 当当k = 3时，干涉加强的波长为时，干涉加强的波长为 = 0.354 m 只有只有 = 0.590 m的光的光处于可见光范围，是黄光，所以油膜呈黄色。
15、处于可见光范围，是黄光，所以油膜呈黄色。 3.8 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪单单色色光光源源反射镜反射镜反反射射镜镜分光板分光板 补偿板补偿板 与与 成成 角角 移动导轨移动导轨一、迈克耳孙干涉仪一、迈克耳孙干涉仪1221E E反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源 的像的像光程差光程差1221E E2. 若若M1、M2有小夹角有小夹角3. 若若M1平移平移 d 时，干涉条纹移过时，干涉条纹移过 N 条，则有条，则有当当M1和和M2不平行，不平行，且光平行入射且光平行入射, 此时为等厚条纹此时为等厚条纹1. 若若M 1、M2平行平行二二. 条纹特点条纹特点等倾条纹等倾条纹三三. 应用应用1
16、. 微小位移测量微小位移测量3. 测折射率测折射率2. 测波长测波长第三章第三章 作业作业P156P156： 6 6，9 9，1616，1717，1818，2929 托马斯托马斯杨杨（Thomas Young，17731829），英国物理学家、医生，），英国物理学家、医生，光的波动说的奠基人之一。光的波动说的奠基人之一。1773年年6月月13日生于萨默塞特郡的米菲尔顿。日生于萨默塞特郡的米菲尔顿。他出身于商人和教友会会员的家庭，自幼智力过人，有神童之称，他出身于商人和教友会会员的家庭，自幼智力过人，有神童之称，2岁岁会阅读，会阅读，4岁能背诵英国诗人的佳作和拉丁文诗，岁能背诵英国诗人的佳作和拉
17、丁文诗，9岁掌握车工工艺，能岁掌握车工工艺，能自制一些物理仪器，自制一些物理仪器，914岁自学并掌握了牛顿的微分法，学会多种语岁自学并掌握了牛顿的微分法，学会多种语言（法、意、波斯、阿拉伯等）。他主要把自学作为获得科学知识的主言（法、意、波斯、阿拉伯等）。他主要把自学作为获得科学知识的主要手段，曾先后在伦敦大学、爱丁堡大学和哥廷根大学学习医学。要手段，曾先后在伦敦大学、爱丁堡大学和哥廷根大学学习医学。21岁岁时，即以他的第一篇医学论文成为英国皇家学会会员。由于他对生理光时，即以他的第一篇医学论文成为英国皇家学会会员。由于他对生理光学和声学的强烈兴趣（对声学的爱好与他的音乐和乐器演奏才能密切有学
18、和声学的强烈兴趣（对声学的爱好与他的音乐和乐器演奏才能密切有关，他能弹奏当时的各种乐器），后来转而研究物理学。关，他能弹奏当时的各种乐器），后来转而研究物理学。18011803年年任伦敦皇家学院教授。（皇家学院是美国出生的伦福德伯爵发起和出资任伦敦皇家学院教授。（皇家学院是美国出生的伦福德伯爵发起和出资创办的独特的学院。）创办的独特的学院。）1811年起在伦敦行医。年起在伦敦行医。1818年起兼任经度局秘书，年起兼任经度局秘书，领导领导海事历书海事历书的出版工作，同时他还担任英国皇家学会国际联络秘的出版工作，同时他还担任英国皇家学会国际联络秘书，为大英百科全书撰写过四十多种科学家传记。他的一生曾研究过多书，为大英百科全书撰写过四十多种科学家传记。他的一生曾研究过多种学科（物理、数学、医学、天文、地球物理、语言学、动物学、考古种学科（物理、数学、医学、天文、地球物理、语言学、动物学、考古学、科学史等），并精通绘画和音乐。在科学史上堪称百科全书式的学学、科学史等），并精通绘画和音乐。在科学史上堪称百科全书式的学者，但更以物理学家著称于世。者，但更以物理学家著称于世。1829年年5月月10日在英国伦敦逝世，终年日在英国伦敦逝世，终年56岁。岁。
