《光学课件：第1章-光的干涉-4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学课件：第1章-光的干涉-4（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章第一章 光的干涉光的干涉本课内容：本课内容：18 迈克尔孙干涉仪迈克尔孙干涉仪19 法布里珀罗干涉仪法布里珀罗干涉仪 多光束干涉多光束干涉110 干涉现象的应用干涉现象的应用 牛顿环牛顿环第第1章章 光的干涉光的干涉21.8迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪1. 仪器结构仪器结构M 12 2 1 1 S 半透半反膜半透半反膜 M2M1G1 G2 E 补偿板补偿板 第第1章章 光的干涉光的干涉3由由 M1 反射的光束可以当作是从它的虚像反射的光束可以当作是从它的虚像 M1反射过来反射过来的。这样，发生干涉的光束相当于经由的。这样，发生干涉的光束相当于经由M2与与M1之间的之间的空气薄膜的上下表面
2、两次反射形成的。空气薄膜的上下表面两次反射形成的。第第1章章 光的干涉光的干涉42. 工作原理工作原理光束光束1和和2发生干涉发生干涉若若 M1、M2平行平行 同心圆环同心圆环等倾条纹等倾条纹若若 M1、M2有小夹角有小夹角 近似直线的近似直线的等厚条纹等厚条纹第第1章章 光的干涉光的干涉5 迈克尔孙干涉仪光程差的计算与分振幅薄膜迈克尔孙干涉仪光程差的计算与分振幅薄膜干涉相似。干涉相似。 因为因为 ，不发生折射，不发生折射，所以所以 ，并且没有半波损失并且没有半波损失 （为什么？为什么？）3、干涉特点及干涉条件、干涉特点及干涉条件第第1章章 光的干涉光的干涉64、应用、应用精密测量精密测量以以
3、 cosicosi2 2=1 =1 为例（即垂直入射）亮条纹公式化为：为例（即垂直入射）亮条纹公式化为：2d0=j 现在，我们使空气层的厚度增加（或减少）现在，我们使空气层的厚度增加（或减少）/2/2，则有：，则有： 2(d0/2)=2d0=j=(j1) 此式说明：使空气层厚度增加（或减少）此式说明：使空气层厚度增加（或减少）/2/2，则干涉条，则干涉条纹就增加（或减少）一级。如果在干涉场中数得条纹有纹就增加（或减少）一级。如果在干涉场中数得条纹有 N N次次改变（条纹级次改变改变（条纹级次改变N N级），则空气层厚度变化量为：级），则空气层厚度变化量为： d0=N/2第第1章章 光的干涉光的
4、干涉7在迈克耳孙干涉仪的两臂在迈克耳孙干涉仪的两臂 中分别引入中分别引入 10 厘米长的厘米长的 玻璃管玻璃管 A、B ，其中一个，其中一个 抽成真空，另一个在充以抽成真空，另一个在充以 一个大气压空气的过程中一个大气压空气的过程中 观察到观察到107.2 条条纹移动，条条纹移动， 所用波长为所用波长为546nm。求空气的折射率求空气的折射率？例：例：解：解：设空气的折射率为设空气的折射率为 n条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，波长，当观察到当观察到107.2条移过时，光程差的改变量满足：条移过时，光程差的改变量满足：第第1章章 光的干涉光的干涉
5、81.9法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪多光束干涉多光束干涉问题的提出问题的提出第第1章章 光的干涉光的干涉9法法布布里里-珀珀罗罗干干涉涉仪仪示示意意图图第第1章章 光的干涉光的干涉10 相邻两光束到达透镜相邻两光束到达透镜L2焦平面某一点时的光程差和位相焦平面某一点时的光程差和位相差分别为差分别为:GGA0 各光束的位相依次为各光束的位相依次为（假设第一束光的位相为零）（假设第一束光的位相为零）结论结论： 振幅以等比级数振幅以等比级数(公比为公比为)依次递减依次递减 (1)， 相位以等差级数相位以等差级数(公差为公差为)依次递增。依次递增。第第1章章 光的干涉光的干涉11讨论：讨论：(1
6、) 多束透射光叠加多束透射光叠加合振幅：合振幅：艾里函数：艾里函数：精细度精细度：第第1章章 光的干涉光的干涉12对于给定的对于给定的值值当当=0，2，4，时，A=A0=，3，5，时，时，A=(1-)A0/(1+)因此，因此， 透射光束光强的最小值与最大值之比为透射光束光强的最小值与最大值之比为第第1章章 光的干涉光的干涉13(2) 当当G和和G面的反射率很大时，各光束的振幅基本面的反射率很大时，各光束的振幅基本相等。设每束光的振幅为相等。设每束光的振幅为A0，等振幅多光束叠加等振幅多光束叠加的合振动的强度为的合振动的强度为:主最大主最大最小值最小值第第1章章 光的干涉光的干涉1402 2 I
7、N =4光强曲线光强曲线0IN =4光强曲线光强曲线4 4 -2-2 -4-4 /2 /2 3 3 /2 /2两相邻主最大值之间有两相邻主最大值之间有N1个个最小值，最小值，N2个次个次最大值。最大值。第第1章章 光的干涉光的干涉151.111. 10干涉现象的一些应用干涉现象的一些应用牛顿环牛顿环 1. 检查光学平面的缺陷检查光学平面的缺陷条纹偏向膜（空气）厚部，条纹偏向膜（空气）厚部，表示平面上有凸起。表示平面上有凸起。“凸凸”向厚处偏！向厚处偏！平面上有凹坑平面上有凹坑。 “凹凹”向薄处偏！向薄处偏！第第1章章 光的干涉光的干涉16正入射时：正入射时：例例: 空气空气 （n1 =1） 玻
8、璃（玻璃（ n2=1.5) 2. 镀膜光学元件膜光学元件第第1章章 光的干涉光的干涉17 材材 料料折射率折射率反射率反射率/（%）透射率透射率/（%）水水1.332.098.0玻璃玻璃1.524.395.7白宝石白宝石1.737.292.8钻石钻石2.41783石英（红外）石英（红外）3.53169锗（红外）锗（红外）4.03664光从空气正入射到一些材料时的反射率和折射率光从空气正入射到一些材料时的反射率和折射率第第1章章 光的干涉光的干涉18n0n2n1(1)(2)(3)(4)第一界面第一界面第二界面第二界面入射光入射光薄膜干涉：薄膜干涉：称为称为“零反射条件零反射条件”.第第1章章 光
9、的干涉光的干涉19平行光入射平行光入射,平凸透镜与平面玻璃板间平凸透镜与平面玻璃板间形成形成空气劈尖空气劈尖.平面玻璃板平面玻璃板S分束镜分束镜M显显微微镜镜0平凸透镜平凸透镜.实验装置示意图实验装置示意图3.牛顿环牛顿环第第1章章 光的干涉光的干涉20d 可用可用r, R 表示表示: d （亮纹）（亮纹）第第1章章 光的干涉光的干涉21（1）牛顿环中心是暗点。愈往边缘，条纹级别愈高，牛顿环中心是暗点。愈往边缘，条纹级别愈高，即：即：外环外环j 值大，与等倾条纹相反值大，与等倾条纹相反。（2）相邻两环的间隔为相邻两环的间隔为(对对r 求导求导):内疏外密内疏外密,与等倾条纹与等倾条纹相同。相同
10、。讨论：讨论：第第1章章 光的干涉光的干涉22白光入射的牛顿环照片白光入射的牛顿环照片（3）复色光入射复色光入射彩色圆环彩色圆环第第1章章 光的干涉光的干涉23（4）透射光：透射光： 与反射情况与反射情况互补互补（5）动态反应：动态反应：连续连续增加增加薄膜的厚度薄膜的厚度,视视场中条纹场中条纹缩入缩入,反之反之,冒出冒出.与等倾条纹情况与等倾条纹情况相反相反 !第第1章章 光的干涉光的干涉24压压环外扩：要打磨中央部分环外扩：要打磨中央部分压压环内缩：要打磨边缘部分环内缩：要打磨边缘部分(6)(6)牛顿环在光学冷加工中的应用牛顿环在光学冷加工中的应用每一圈对应每一圈对应厚度差（因为厚度差（因
11、为n=1）标准件标准件待测件待测件第第1章章 光的干涉光的干涉25A.A.迈克耳逊迈克耳逊1907年获诺年获诺贝尔物理学奖贝尔物理学奖 美国物理学家。美国物理学家。1873年毕业于美国年毕业于美国海军学院，曾任芝加哥大学教授，美国海军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席、美国科学院院长；科学促进协会主席、美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，会会员，1931年年5月月9日在帕萨迪纳逝世。日在帕萨迪纳逝世。迈克耳逊主要从事迈克耳逊主要从事光学和光谱学光学和光谱学方方面的研究，以毕生精力从事光速的精密面的研究，以毕生精力从事光速的精密
12、测量。测量。1887年年他与莫雷合作，进行了著名他与莫雷合作，进行了著名的迈克耳孙的迈克耳孙-莫雷实验，这是一个重大的莫雷实验，这是一个重大的否定性实验，它动摇了经典物理学的基否定性实验，它动摇了经典物理学的基础。础。迈迈克克尔尔逊逊在在光光谱谱研研究究和和气气象象学学方方面面所所取取得得的的出出色色成成果果，使使他他获获得得了了1907年年的诺贝尔物理学奖金。的诺贝尔物理学奖金。*迈克尔逊莫雷实验迈克尔逊莫雷实验第第1章章 光的干涉光的干涉261、实验目的：、实验目的：测量运动参考系（主要是地球）相对以太的速度。测量运动参考系（主要是地球）相对以太的速度。2、实验装置：、实验装置：迈克尔逊干
13、涉仪迈克尔逊干涉仪 3、实验原理：、实验原理：地球假定沿地球假定沿GM1方向运动。若伽利略变换成立，光沿方向运动。若伽利略变换成立，光沿GM1相对于地球的速度相对于地球的速度为为c-v，光沿，光沿M1G，相对于地球相对于地球的速度的速度为速度为速度c+v，光从，光从G-M1-G所需时间为所需时间为 GM1M2v第第1章章 光的干涉光的干涉27光沿光沿GM2的速度和光沿的速度和光沿M2G的速度的速度 GM1M2v光沿光沿GM2光沿光沿M2G光从光从G-M2-G所需时间为所需时间为G点发出的两束光到达目镜的时间差点发出的两束光到达目镜的时间差第第1章章 光的干涉光的干涉28光程差光程差仪器旋转仪器
14、旋转900，前后两次，前后两次光程变化光程变化2d d，干涉条纹移动，干涉条纹移动测出测出D DN，便可由上式计算出地球相对以太的速度，便可由上式计算出地球相对以太的速度v.第第1章章 光的干涉光的干涉294、实验结果：、实验结果：在不同季节，不同地理条件下做实验，都没有在不同季节，不同地理条件下做实验，都没有观察到条纹的移动。观察到条纹的移动。实验表明：实验表明：相对以太的绝对运动是不存在的，以太不能作相对以太的绝对运动是不存在的，以太不能作为绝对参考系，为绝对参考系，以太假设不能采用以太假设不能采用；地球上沿地球上沿各个方向的光速都是相等各个方向的光速都是相等的。的。迈克耳逊迈克耳逊-莫雷实验一直被认为是莫雷实验一直被认为是狭义相对论狭义相对论的的主要主要实验支柱实验支柱。
