13-6 光程 薄膜干涉.ppt

第十三章 光学 大学物理学(下) 13 － 6 光程 薄膜干涉 一 光程和光程差 光在介质中的速度 介质中的波长 n 真空 通过长为l的路程后，相位改变量为: 介质的折射率 物理意义：将光在媒质中通过的几何路程 , 折合到光在真空中通过的路程. 1) 光程: 媒质折射率与光的几何路程之积 = 两束相干光通过不同的介质后相遇,干涉情况取决于它们的光程差: 干涉加强 干涉减弱 2）光程差 为真空中的波长 * P * 令 A B A B 焦平面 透镜不引起附加的光程差 例 在杨氏双缝干涉实验中，用波长 的单色光垂直照射在双缝上.若用一折射率n = 1.58、厚度为 的云母片覆盖在上方的狭缝上，问（1）屏上干涉条纹有什么变化？ （2）屏上中央o点现在是明纹还是暗纹？ o 解：(1)干涉条纹向 上平移 (2) 中央o点为明纹 例13-4 如图所示，一双缝装置的一个缝被折射率为1.4的薄玻璃片所遮盖，另一个缝被折射率为1.7的薄玻璃片所遮盖，在薄玻璃片插入以后，屏上原来的中央明纹处，现变为第五级明纹，假定 ，且两薄玻璃片厚度均为d，求d。 解： 干涉法测矿井瓦斯浓度 示意图 二 薄膜干涉 (等厚干涉) e 光程差 反射光: 透射光: 透射光和反射光干涉具有互 补 性 ，符合能量守恒定律. 任意地, 对于反射光 当 或 时 当 或 时 例1 在金属铝的表面，经常利用阳极氧化等方法形成一层透明的氧化铝 ( Al2 O3 ) 薄膜，其折射率n = 1.80.设一磨光的铝片表面形成了厚度d ＝ 250nm的透明氧化铝薄层，问在日光下观察，其表面呈现什么颜色？（设白光垂直照射到铝片上，铝的折射率小于氧化铝的折射率） 解： 1 2 d n 铝 表面呈橙红色 玻璃 氟化镁为增透膜 增透膜和增反膜 利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率 . 例 为了增加透射率 , 求氟化镁膜的最小厚度. 已知空气 , 氟化镁 , 2 3 解 减弱 取 则 （增强） S M 劈尖角 二 劈 尖 明纹 暗纹 （明纹） （暗纹） 劈尖干涉 讨论 1）劈尖 为暗纹. 等厚干涉 3）条纹间距（明纹或暗纹）l 劈尖干涉 条纹为等间距 2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差 每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动. 4 ）干涉条纹的移动 2）测膜厚 1）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用 Si 空气 3）检验光学元件表面的平整度 4）测细丝的直径 例13-5 两块玻璃夹一细金属丝形成空气劈尖，金属丝与棱边的距离 cm。用波长 nm的黄光垂直照射，测得30条明纹的总距离为4.3 mm。求金属丝的直径。 解 三 牛顿环 由一块平板玻璃和一平凸透镜组成 光程差 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 R 光程差 明纹 暗纹 r e 暗环半径 明环半径 3）应用例子:可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等. 1）中心为暗环（反射光存在半波损失） 2）条纹为不均匀分布,条纹间距随k的增大而减小。 工 件 标 准 件 暗环半径 明环半径 讨论 测量透镜的曲率半径 例4 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 例 如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直 向上缓慢平移远离平面玻璃时 ，可以观察到这些环状干涉条纹 （1）向右平移； （2）向中心收缩； （3）向外扩张； （4）静止不动； （5）向左平移. 将牛顿环置于n1 的液体中，条纹如何变？ 思考 例13-6 观察牛顿环的装置如图所示，入射平行光束的波长 ，入射光束经部分反射部分透射的平面镜M反射后，垂直入射到牛顿环装置上。测得第k级暗环的半径 ，第k+5级暗环半径为 。求平凸透镜的球面曲率半径R及暗环的k值。 解 第十三章