薄膜干涉之等倾资料.docx

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薄膜干涉之等倾资料

二级物理实验 【1】、薄膜干涉中等倾干涉的特点和性质 1、薄膜干涉 分振幅法--点光源Q发出的一束光投射到两种透明媒质的分界面上时,它携带的能量一部分反射回来,一部分透射过去,∝,这种分割方式称为分振幅法。最基本的分振幅干涉装置是一块由透明媒质做成的薄膜。 Q是点光源。由Q点发出的光射在薄膜的上表面时,它被分割为反射和折射两束光,折射光在薄膜的下表面反射后,又经上表面折射,最后回到原来的媒质,在这里与上表面的反射光束交迭,在两光束交迭的区域里每个点上都有一对相干光线在此相交,如相交于A,B,C,D各点,A点在薄膜表面,B点在薄膜上面空间里,C点是两平行光线在无穷远处相交,D点是光线延长线在薄膜下面空间里。只要Q点发出光束足够宽,相干光束的交迭区可以从薄膜表面附近一直延伸到无穷远。此时,在广阔的区域里到处都有干涉条纹。 观察薄膜产生的干涉条纹,可以用屏幕直接接收,更多的是利用光具组使干涉条纹成像(或用眼睛直接观察)。 由物像等光程性可知:两束光在A,B,C,D各点的光程差与在A′,B′,C′,D′点的光程差是相等的,即参加干涉的两光束经光具组重新相遇时光程差是不变的,因此,我们在像平面上得到与物平面内相似的干涉图样,利用此方法,我们不仅可以观察薄膜前的“实”干涉条纹,还可以观察薄膜后的“虚”干涉条纹。 普遍地讨论薄膜装置整个交迭区内任意平面上的干涉图样是很复杂的问题,但实际中意义最大的是: 厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹 厚度均匀薄膜在无穷远产生的等倾条纹 2、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,不同的干涉明纹或暗纹对应不同的倾角,这种干涉称作等倾干涉.等倾干涉一般采用扩展光源,并通过透镜观察.  在所有的反射光和透射光中,相互平行的光将汇聚在无穷远处,则它们的干涉也将在无穷远处发生。如果在薄膜上表面用凸透镜观察,则所有相互平行的光将汇聚在凸透镜的焦平面上。在这种干涉装置中,只需要考虑相互平行的光即可。 1.干涉级 (1??? 点光源 , , 有半波损失 ,则 或=干涉相长,干涉相消。 入射角相同时,光程差相同,是同一干涉级,故名等倾干涉。但入射点不同、入射面不同, 相对于界面法线,有相同的角度,经透镜后,在焦平面上为同心圆。定域于无穷远处。 ? (2) 面光源:从不同两点发出的光,以同一角度入射时,在屏上汇聚于一点,而它们的光程差又是相等的,故干涉条纹的形态与点光源一样。  , , , , , , , 对透明介质,r很小,A1~A2A3A4……, ……反射光,A1,A2起主要作用;透射光,可见度极小。 2. 薄膜厚度对干涉条纹的影响 (1) 中央条纹 ,垂直入射,干涉级最大,即中央条纹的干涉级数最大,由决定。 h增大,对同一j,i1增大,即圆环膨胀。 h减小,对同一j,i1减小,即圆环收缩。 (2) 条纹间距 对同一级j,,,厚度大,条纹间隔小。 (3) 条纹角宽度 相邻亮暗条纹之间的角距离。 = ,= , (4) 条纹分布 ,中心处,角度小, 大,即条纹中心疏,周围密。 【2】测波长的5-10种方法 1、分光计测量法 利用白纸上频谱图的特性。频谱宽度是与光的频率的自然对数成正比,而光的三原色频带宽相同,然后由频谱宽度,计算得光的频率为400-770Mhz,由c=fλ可知光的波长。 2、牛顿环测量法 牛顿环等厚干涉形成的第m级暗环半径为 r=(mRλ)^(1/2) 已知平凸透镜的曲率半径R,再测得第m级暗环的半径,即可求出波长。 3、衍射光栅测量法 利用公式dsinX=k*波长,实验主要测的是衍射角X,然后已知d、k,就计算出了波长。 光栅是一种重要的分光元件,它可以把入射光中不同波长的光分开,衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种,常用的是平面透射光栅,它是由许多相互平行等距的透明狭缝组成,其中任意相邻两条狭缝的中心距离d称为光栅常数。根据夫琅和费衍射理论,当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时,每条狭缝对光波都会发生衍射,所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉。衍射角符合条件 ??? ,??? (k=1,2,3···) ? 光栅衍射 时,在该衍射角方向上的光相叠加将会加强,其它方向光相互抵消。如果用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来,则在透镜的焦平面上将出现一系列亮纹,形成衍射图样。如图所示,上称为光栅方程,其中λ为入射光波

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