《大学物理：22-3薄膜的干涉》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理：22-3薄膜的干涉（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射，可在反射方向射，可在反射方向(或透射方向或透射方向)获得相干光束。获得相干光束。一、一、等倾等倾干涉干涉1 1、在一均匀透明介质、在一均匀透明介质n1中中放入上下表面平行放入上下表面平行, ,厚度厚度为为e 的均匀介质的均匀介质n2，用扩用扩展光源照射薄膜。展光源照射薄膜。 11-4 等倾干涉等倾干涉Ba1a2aDi1n2n3neACgeir 在薄膜的上下两表面产生的反射光在薄膜的上下两表面产生的反射光 光、光、 光，满足相干光的条件，能产生干光，满足相干光的条件，能产生干涉，经透镜汇聚，在焦平面上产生等倾干
2、涉，经透镜汇聚，在焦平面上产生等倾干涉条纹。涉条纹。i从焦点从焦点 P 到到 CD 波面，两条光的波面，两条光的光程差为光程差为 0。光线光线a2与光线与光线 a1的光程差为：的光程差为：由折射定律和几何关系可得出：由折射定律和几何关系可得出：a1a2a12ADn)CBAC(n - -+ += =2n1ng gsinnisinn21= =isinABAD = =g gcos/eCBAC= = =g gtaneAB2= =1222g gg gg g - -= =)cossincos(en22g g = =cosen222122 - -= =isinnne3nCAiDBeg2.半波损失半波损失产生
3、条件：产生条件：光从光疏媒质进入光密媒质；光从光疏媒质进入光密媒质；反射光中产生半波损失。反射光中产生半波损失。反射光存在半波损失反射光存在半波损失反射光无半波损失反射光无半波损失而折射光都无半波损失而折射光都无半波损失考虑半波损失：考虑半波损失：i光程差光程差光程差光程差未考虑半波损失时未考虑半波损失时Di由干涉的加强减弱条件由干涉的加强减弱条件加强加强减弱减弱3.3.讨论讨论(1)(1)当膜厚增加时：当膜厚增加时：明纹明纹盯住某条明纹，盯住某条明纹， 不变。不变。条纹向外扩展条纹向外扩展e e增加，增加， 增大。增大。L. 3 . 2 . 1=kii i ii(2)(2)当膜厚减小时：当膜
4、厚减小时：条纹向里收缩条纹向里收缩e e明纹明纹盯住某条明纹，盯住某条明纹， 不变。不变。e e减小，减小，i i减小。减小。L. 3 . 2 . 1=k(3(3）如光由不同颜色光组成，则将出现彩色条纹。）如光由不同颜色光组成，则将出现彩色条纹。若白光入射：若白光入射：由红到紫的彩色条纹。由红到紫的彩色条纹。明纹明纹一定，一定，大，大，大，大，大大小，条纹靠中心小，条纹靠中心2sin222122d+-=innek=L. 3 . 2 . 1=kke.dinn22122sin-i4 4）等倾干涉定域在无限远。）等倾干涉定域在无限远。 通过透镜或将眼调到聚焦无限远通过透镜或将眼调到聚焦无限远才能看到
5、才能看到. .薄膜薄膜透镜透镜屏屏扩展扩展光源光源“1”“1”“2”“2”“3”“3”“4”“4” 扩展光源成为观察等倾干涉条纹的有利条件。扩展光源成为观察等倾干涉条纹的有利条件。“1”1”、“2”2”、“3”3”“4”“4”光线之间光线之间虽虽非相干光，但非相干光，但在同一倾角下。在同一倾角下。eiiii二、增透膜和增反膜二、增透膜和增反膜1、增、增透透膜膜- 利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。干涉条件来减少反射，从而使透射增强。增透膜是使膜上下两表面的反射光满足减弱件。增透膜是使膜上下两表面的反射光满足减弱件
6、。减弱减弱问：若反射光相消干涉的条件中问：若反射光相消干涉的条件中取取 k=1，膜的厚度为多少？此增膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？透膜在可见光范围内有没有增反？例例 已知用波长已知用波长 ，照相机镜头，照相机镜头n3=1.5，其其上涂一层上涂一层 n2=1.38的氟化镁增透膜，光线垂直入射。的氟化镁增透膜，光线垂直入射。解：因为解：因为 ，所以反射光，所以反射光经历两次半波损失。反射光相干相经历两次半波损失。反射光相干相消的条件是：消的条件是：代入代入k 和和 n2 求得：求得：nm550= = 11=nd321nnnRre22= =明条纹L321212,)(= =- -=
7、 =kRkr 暗条纹L210 ,= = =kkRr Rroev 明、暗纹不等间距，级数越高，则条纹越密，这是与其他明、暗纹不等间距，级数越高，则条纹越密，这是与其他 干涉显著不同之处。干涉显著不同之处。干涉条纹特点干涉条纹特点v 对于空气劈，在透镜与玻璃片接触处对于空气劈，在透镜与玻璃片接触处e=0e=0，为暗环，再次证明为暗环，再次证明 半波损失存在。半波损失存在。v 亦可观察透射光的牛顿环，其明、暗环位置刚好与反射光亦可观察透射光的牛顿环，其明、暗环位置刚好与反射光 干涉的情形相反。干涉的情形相反。 当透镜与玻璃板的间距变化时当透镜与玻璃板的间距变化时 检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量
8、标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 有半波损失有半波损失三、充满介质的牛顿环三、充满介质的牛顿环 无半波损失无半波损失明环半径明环半径暗环半径暗环半径v 明、暗环半径公式正入射时的光程差正入射时的光程差( (在在 n nn n玻玻 时时) ) 例例1、如图所示、如图所示,牛顿环装置的平凸透镜与平板玻璃牛顿环装置的平凸透镜与平板玻璃有一小缝隙有一小缝隙 e0，现用波长为现用波长为 的单色光垂直照射，的单色光垂直照射，已知平凸透镜的曲率半径为已知平凸透镜的曲率半径为 R，求反射光形成的牛求反射光形成的牛顿环的各暗环半径。顿环的各暗环半径。解：设某暗环半径为解：设某暗环半径为 r，由图可由图可
9、知，根据几何关系，近似有知，根据几何关系，近似有再根据干涉相消条件再根据干涉相消条件(1)(2)式中式中 k 为大于零的整数为大于零的整数.把式把式(1)代入式代入式(2)可得可得(k为整数为整数,且且e一、迈克耳逊干涉仪一、迈克耳逊干涉仪光束光束2和和1发生干涉发生干涉若若M 1、M2平行平行 等倾条纹等倾条纹若若M 1、M2有小夹角有小夹角 等厚条纹等厚条纹若若条条纹纹为为等等厚厚条条纹纹，M1平平移移d时，干涉条移过时，干涉条移过N条，则有条，则有：M 122 11 S半透半反膜半透半反膜M2M1G1G2应用：应用：微小位移测量微小位移测量测折射率测折射率 22-6 迈克耳逊干涉仪迈克耳
10、逊干涉仪2 = =Nd单单色色光光源源反反射射镜镜反射镜反射镜与与 成成 角角补偿板补偿板 分光板分光板 移动导轨移动导轨SM1M2G1G2LEM1反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源光程差光程差 的像的像当当 不垂直于不垂直于 时，可形成劈尖时，可形成劈尖型等厚干涉条纹型等厚干涉条纹.反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源例例.在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长厘米长的玻璃管的玻璃管 A、B ，其中一个抽成真空，另一个在充其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到以一个大气压空气的过程中观察到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？S1MA2MB解：设空气的折射率为解：设空气的折射率为 n相邻条纹或说条纹移动一条时，对相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观应光程差的变化为一个波长，当观察到察到107.2 条移过时，光程差的改变条移过时，光程差的改变量满足：量满足：S1MAB2M)(1222- -= =- -= =nllnl = =- -2 .107) 1(2 nl00029271122107.= =+ += =ln
