02光程差 等倾干涉 等厚干涉解析
- 格式:ppt
- 大小:778.50 KB
- 文档页数:26
等倾干涉(equal inclination interference )几束光发生干涉时,光的加强或减弱的条件只决定于光束方向的一种干涉现象。
例如,光通过两面平行的透明介质薄膜时,从上下表面反射的光产生的干涉就属于这种干涉。
设薄膜的厚度是d ,折射率是n 2,周围介质的折射率是n 1,光射入薄膜时的入射角是i ,在薄膜中的折射角是r ,则从反射光中看到明暗条纹的条件是:2)12(s i n 222122λ+=-m i n n d 亮条纹 22sin 222122λm i n n d =-暗条纹m =0,1,2……或 2)12(c o s22λ+=m r dn 亮条纹 22cos 22λmr dn = 暗条纹m =0,1,2……从上述条件可以看出,产生明暗条纹的条件只决定于光的入射角或折射角,即光的干涉情况只决定于光的倾角。
对于等倾干涉来说,不仅点光源可以产生清晰的干涉条件,扩展光源也可以产生清晰的干涉条件,即光源的大小对等倾干涉条纹的形状没有影响。
实际上,光源上每一点都会产生一组等倾干涉条纹,而且这些条纹的位置互相重合,因此使干涉条纹更加明亮。
例如,图1-22-27中的a 和b 是从光源的S 1和S 2点发出的两束平行光,它们对薄膜的入射角i 相同。
从薄膜的上下表面反射出的两束光的光程差相同,干涉情况相同。
由于这些反射光也是平行光,经透镜L 后会聚于同一点S (如果不用透镜,它们的干涉条纹将产生在无限远处)。
具有其他倾角的光线将会聚于另一点。
等倾干涉条纹也可以通过薄膜的透射光中看到。
由于直接透射的光比经过两次或更多次反射后透射出的光强更多,所以透射光的干涉条纹不如反射光的条纹清晰。
薄膜的厚度对条纹的影响比较大。
厚度d越大,相邻亮条纹间的距离越小,即条纹越密,越不易辨认。
光的干涉(二)回顾:上节课重点放在杨氏双缝实验和薄膜的干涉(等倾干涉)。
杨氏双缝实验的干涉条纹是用x坐标来定位的:;。
其中0级明纹的位置是两相干光到干涉点光程差为0的位置。
光的干涉(一)第4题中由于s的下移,使得,到原点时就有了位相差,要保证从S发出的光一分为二后再到达0点处时光程差为0,必须满足:,所以,条纹上移。
薄膜的干涉与杨氏双缝不同处有两点:1、杨氏双缝实验是利用分波阵面法获得相干光的,而薄膜的干涉是分振幅法获得相干光。
2、杨氏双缝实验中两相干光是在同一介质中传播后相遇的;而薄膜的干涉中,两相干光是在不同的介质中传播后再相遇的,因此要用到光程的概念。
在分析薄膜的干涉结果时,半波损失的概念十分重要,无论是反射光干涉还是透射光干涉情形,若相干的两束光在相遇前,其中有一束光经历了半波损失(无论是在薄膜的上表面还是下表面)相遇时的光程差用(5)式:;若两相干光在相遇前都经历了半波损失或都没经历半波损失,应用(6)式:。
五、等厚干涉等厚干涉包括两部分内容,劈尖干涉和牛顿环。
1、劈尖干涉——上面讨论的是光波在厚度均匀的薄膜上的干涉,现讨论它的一种特殊情况,光波垂直照射()在劈尖形状的薄膜上的干涉。
两块平面玻璃板,一端相叠合,另一端夹一薄纸片,之间形成空气劈尖。
空气薄膜厚度相等的等厚线是垂直于纸面向里的平行平面(见图)。
当平行单色光垂直入射于两玻璃片时,在空气劈尖的上、下两表面所引起的反射光线将形成相干光。
光在下表面反射有半波损失,光在上表面反射无半波损失。
将代入(5)式:。
若干涉相长;若干涉相消。
对劈尖干涉的讨论:1)、劈尖顶处的干涉情况:当时,,意为两光相遇时位相正好相反,所以在劈尖顶处,即两玻璃片接触处,应看到暗纹。
且为对应于k=0的零级暗纹。
2)、等厚干涉的意义:由式知,当一定时,劈尖形状薄膜中厚度相等的各点两反射光相遇时具有相同的光程差。
所以应对应同一条明或暗条纹。
由于等厚线是垂直于纸面向里的平行平面,所以,劈尖的干涉条纹应该是平行于棱边的明、暗相间的等间隔直条纹。
光的等厚干涉现象与应用光的干涉现象是光学中的一个经典现象,它是指光波的两个或多个波前相互干涉而引起的强度变化现象。
其中,光的等厚干涉是一种特殊的干涉现象,在该干涉现象中,干涉产生的原因是通过略微倾斜的两面平行玻璃板或者泡沫等等薄膜传播的光线,它们的路径差恰好为波长的整数倍。
等厚干涉是一种非常重要的干涉现象,它发生在两块平行板状物体之间的光线相互作用时。
当光线从第一块平板射向第二块平板时,由于两个平板彼此平行,所以从第一块平板射向第二块平板的光线在传播过程中不会发生偏折,但是由于两个平板间存在一定的距离,则会使得从前一个平板传过来的光线与从后一个平板传过来的光线存在不同的光程差。
由于光程差不同,所以在两块平板之间,同一条光线的相邻两束光线之间存在相位差,因此在这两个光线相遇的地方就会发生干涉现象。
当两束光线相遇时,由于在传播过程中产生的相位差不同,所以它们所遮挡掉的光线的强度也不同,这就形成了等厚干涉的特殊形式。
二、应用1.波长测量等厚干涉可以广泛应用于波长测量。
这是因为当光线在两个平板之间传播时,两个平板间距离(t)是相等的,因此,当出射光谱在干涉的区域中产生两个最亮的条纹时,波长就可以通过下列公式计算:λ=2t/N,其中N是最亮的条纹数量。
2. 晶体缺陷检测等厚干涉也可以应用于晶体缺陷检测。
当电子通过一个晶体时,它们会有不同的能量、速度和方向,一些电子会打翻晶体原子并留下一个暂时缺口。
这个缺口将使传递的电子发生相移,这就引发了等厚干涉。
通过观察干涉条纹的形状,可以确定缺陷的深度,从而推断其大小和位置。
3. 表面形态的检测等厚干涉还用于检测表面形态。
为此,必须将被测试物品放置在两个平行平板之间,然后通过照射亮光线来观察干涉条纹的形状。
通过干涉条纹的形状可以获取被测面的形状。
总之,光的等厚干涉是一种非常重要的干涉现象,在物理和化学领域有着广泛的应用。
因此,对等厚干涉现象的深入研究和应用,对于推动科技进步和提高生产效率具有重要的意义。
光的等厚干涉实验等厚干涉是薄膜干涉的一种。
当薄膜层的上下表面有一很小的倾角时,从光源发出的光经上下表面的反射后在上表面附近相遇时产生干涉,并且厚度相同的地方形成同一干涉条纹,这种干涉就叫做等厚干涉。
其中牛顿环和劈尖是等厚干涉最典型的例子。
光的等厚干涉原理在生产实践中具有广泛的应用,它可用于检测透镜的曲率,测量光波波长,精确地测量微小长度厚度和角度,检验物体表面的光洁度、平整度等。
一、实验目的(1)观察等厚干涉现象,了解等厚干涉特点;(2)学习利用干涉现象测量平凸透镜的曲率半径和微小厚度; (3)学会用逐差法处理数据 二、 实验原理 1.牛顿环牛顿环是把一块曲率半径相当大的平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻璃上,那么在它们之间形成从中心向四周逐渐增厚的空气薄膜,离中心点等距离处厚度相同。
当一束单色光垂直射入时,入射光在空气层上下两表面反射,且在上表面相遇产生干涉。
其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一组明暗相间的圆环设入射光是波长为λ的单色光,第k 级干涉条纹的半径为k r ,该处空气膜的厚度为e ,上下表面反射光的光程差为 22λ+=∆ne (式中2/λ是由于光线在平板玻璃面上反射时光从光疏媒质射到光密媒质,又从光密媒质反射回到光疏媒质,发生半波损失引起的由于空气的折射率近似为1,则 22λ+=∆e产生明、暗环的干涉条件为明条纹公式 λλk e =+=∆22( k=1,2,3,……)暗条纹公式……)根据几何关系可知222)(e R r R -+=222e eR r -=R 为透镜的曲率半径。
由于R ≫e上式近似表示为代入明、暗环公式中,则明环半径……)暗环半径 R k rλ=2( k=1,2,3,……)若入射光波长λ已知,测出各级暗环或明环的半径,则可计算出曲率半径R 。
但实际观察牛顿环时发现,牛顿环中心不是理想的一个接触点,而是一个不甚清楚的暗或亮的圆斑。
其原因是由于透镜与平板玻璃接触处,由于接触压力引起形变,使接触处为一圆面;又因镜面上可能有尘埃存在,从而引起附加光程差。
薄膜干涉的光程差
薄膜干涉的光程差是由两相干光在薄膜上下表面反射(或折射)而形成的。
光程差公式为:Δ=2ndcos(θt)±λ/2。
其中,n为薄膜的折射率,d为入射点的薄膜厚度,θt为薄膜内的折射角,±λ/2 是由于两束相干光在性质不同的两个界面(一个是光疏-光密界面,另一是光密-光疏界面)上反射而引起的附加光程差。
当光垂直入射到薄膜时,即入射角为0°时,光程差为半个波长,因此称为半波损失。
薄膜干涉原理广泛应用于光学表面的检验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的制备等。
比较简单的薄膜干涉有两种,一种称做等厚干涉,这是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹。
薄膜光程差相同的地方形成同条干涉条纹,故称等厚干涉。
另一种称做等倾干涉,当不同倾角的光入射到折射率均匀,上、下表面平行的薄膜上时,同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹,不同的干涉明纹或片间的空气层就形成空气薄膜。
用水银灯或纳灯作为光源,就可以观察到薄膜干涉现象。