清华大学物理课件波动光学2.ppt

1、一、等倾干涉（厚度均匀的薄膜干涉）一、等倾干涉（厚度均匀的薄膜干涉）二、等厚干涉（厚度不均匀的薄膜干涉）二、等厚干涉（厚度不均匀的薄膜干涉）1、劈尖干涉、劈尖干涉2、牛顿环、牛顿环薄膜干涉薄膜干涉明暗条件、条纹特征明暗条件、条纹特征一、等倾干涉一、等倾干涉PdAB1nn2ni CDADnBCACn1)(S11、明暗条件、明暗条件2l l 2sincossin2cos21l l idnnd2cossin2cos22l l ndnd2cos2l l nd2sin122l l nd)sinsin(1 nin2sincos21l l iABndn2sin22212l l innd21nnn 2PdAB

2、1nn2ni CDS21nnn l l 2sin22212inndmin2,1,0(2)12(max3,2,1(）l l l lkkk k l l 2cos2ndmin2,1,0(2)12(max3,2,1(）l l l lkkk k注意：注意：（1）公式中公式中各量的意义各量的意义（2）max 中中 k 0，公式中无公式中无“”号号（1）公式的适用条件：公式的适用条件：n1n2 ，n1 n n2要加要加l l/2 n1n n n2不不加加l l/2 显然，薄膜表面出现明暗相间的干涉条纹显然，薄膜表面出现明暗相间的干涉条纹讨论：讨论：（2）若若光垂直入射光垂直入射 复色光垂直入射，在薄膜表面上

3、：复色光垂直入射，在薄膜表面上：3有的颜色亮，有的消失，有的颜色亮，有的消失，没有干涉条纹。没有干涉条纹。l l 2sin22212innd2)12(l l l lkkmax),2,1(kmin)2,1,0(k或全亮或全暗、或一片均匀的光亮，或全亮或全暗、或一片均匀的光亮，没有干涉条纹。没有干涉条纹。单色光垂直入射，在薄膜表面上：单色光垂直入射，在薄膜表面上：l l 22nd2)12(l l l lkkmax),2,1(kmin)2,1,0(k（3）透射光也有干涉现象，明暗条件：透射光也有干涉现象，明暗条件：3PdAB1nn2ni CDS innd2212sin22)12(l l l lkkm

4、ax),2,1(kmin)2,1,0(k反射光加强的点，反射光加强的点，透射光正好减弱透射光正好减弱（互补）（互补）例例1、在折射率为在折射率为 1.50 的照相机玻璃镜头表面涂一层的照相机玻璃镜头表面涂一层 MgF2 (n=1.38)这层膜应多厚？（这层膜应多厚？（黄绿光波长为黄绿光波长为5500A0）11 n2FMg 381 n5012 n解：假定光垂直入射解：假定光垂直入射min2,1,02)12(22 l l l l kknd最薄的膜最薄的膜 k=0，此时，此时01000381455004And l l 4K取其它值亦可，但取其它值亦可，但 d 不能太厚。不能太厚。“”怎么写？怎么写？

5、n1n n2 应用应用:照相机镜头表面、太阳能电池表面镀有增透膜照相机镜头表面、太阳能电池表面镀有增透膜,珠珠 宝表面、激光谐振腔反射镜增反膜，可判断宝表面、激光谐振腔反射镜增反膜，可判断 薄膜（薄膜（SiO2）生长情况，隐形飞机生长情况，隐形飞机2、等倾条纹、等倾条纹iSiPP1nn2nPPi6 相同倾角的光相同倾角的光 在透镜的焦平面上在透镜的焦平面上会聚于同一圆会聚于同一圆 环环上，故称上，故称“等倾条等倾条纹纹”明暗条件为：明暗条件为：l l 2sin22212innd2)12(l l l lkkmax),2,1(kmin)2,1,0(k*等倾条纹等倾条纹 是一组同心圆是一组同心圆 愈

6、往中心，条纹愈往中心，条纹 级别级别*动态反应：动态反应：连续改变（增加）薄膜的厚度，连续改变（增加）薄膜的厚度，*可以证明，愈往边缘可以证明，愈往边缘 圆环的间隔愈密圆环的间隔愈密条纹特征条纹特征7 l l 2sin22212innd2)12(l l l lkk愈高愈高iSiPP1nn2nPPi视场中条纹自里向外冒出，反之，缩入。视场中条纹自里向外冒出，反之，缩入。等倾条纹等倾条纹87 6 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1例：原来是第例：原来是第4级条纹的位置现在是第级条纹的位置现在是第5级，级，4、3、2、1级分别向外移动一条，故看到级分别向外移动一条，故看到 条纹自内向外冒出条纹自

7、内向外冒出。4 3 2 19根据冒出的条纹数，可以测定微小长度的变化。根据冒出的条纹数，可以测定微小长度的变化。动态反应：若动态反应：若d 则则 k 10二、等厚干涉二、等厚干涉1、劈尖干涉、劈尖干涉 （空气隙劈尖）（空气隙劈尖）明暗条件：明暗条件：若若 i=0,并注意到并注意到 n=1112sin22212l l innd max),2,1(kl lk2)12(l l kmin)2,1,0(kdi棱边棱边dn等厚条纹等厚条纹1n2n（1）劈尖愈厚处劈尖愈厚处 条纹级别条纹级别（2）棱边处棱边处 d=0 ,对应着对应着（3）相邻两明（暗）纹间相邻两明（暗）纹间对应的厚度差为对应的厚度差为 d

8、l l 122 d或或2)12(l l kmin2,1,0max,2,1 kkl lk愈高。愈高。暗纹暗纹讨论：讨论：ddkdk+1 1 2 3 4 5由上式看出由上式看出 越小越小,l l 越大越大,使条纹愈清晰。使条纹愈清晰。dLdkdk+1（4）明（暗）纹间距明（暗）纹间距 L:L sin =d=l l l l sin2L13展示：展示：波长变化对劈尖干涉条纹的影响波长变化对劈尖干涉条纹的影响14 l l sin2L（5）动态反应：动态反应：L,L 。d (连续增厚连续增厚)条纹向薄膜厚度条纹向薄膜厚度较小的方向移动较小的方向移动15 l l sin2L例例2、如何判断两个直径相差很小的

9、滚珠的大小如何判断两个直径相差很小的滚珠的大小？（测量工具：两块平板玻璃）（测量工具：两块平板玻璃）1221说明说明 ：1珠小珠小说明说明 ：1珠大珠大若发现等厚条纹间隔变密若发现等厚条纹间隔变密在靠近在靠近“1”那那 端轻轻压一下端轻轻压一下 若发现等厚条纹间隔变宽若发现等厚条纹间隔变宽 l l sin2L16*已知已知 、L 可测可测 l l*已知已知 l l、L可测可测 。从而求得金属丝的直径、从而求得金属丝的直径、薄膜厚度。薄膜厚度。应用举例：应用举例：l l sin2L *可检测工件的平整度可检测工件的平整度纸纸平晶平晶工件工件17*测定金属材料的热膨胀系数等测定金属材料的热膨胀系数

10、等 工件表面沿薄膜增厚的方工件表面沿薄膜增厚的方向有突出物。向有突出物。18lha2l lhall2ahl ll2ahl l?h 求：求：解：解：例例3、判断下图工件表面的光洁程度。并求判断下图工件表面的光洁程度。并求h待测工件表面不平整对干涉条纹的影响待测工件表面不平整对干涉条纹的影响19（2）复色光入射复色光入射得彩色条纹得彩色条纹注意：注意：（1）以上讨论的是空气隙劈尖，若是其它情况，相应以上讨论的是空气隙劈尖，若是其它情况，相应 公式另写。公式另写。d l l nd=0 处不一定是暗纹处不一定是暗纹 l l)2(2?ndmin2)12(max k kl l l l l l sin2nL

11、212、牛顿环、牛顿环明暗条件明暗条件：(空气隙）空气隙）l l 22dmin2,1,0max2,1 kk2)12(l l l lkk r或或22垂直入射垂直入射drRmin)1,0(max)2,1(2)12(l l l l k kRkRk=（劈尖干涉的结果）（劈尖干涉的结果）讨论：讨论：（1）牛顿环中心是暗点。愈往边缘，条纹级别牛顿环中心是暗点。愈往边缘，条纹级别（2）已知已知 r k、l l可可求求 R （1）已知已知 r k、R可可求求 l l（3）复色光入射，彩色圆环复色光入射，彩色圆环（4）透射光透射光23l l kRrk2,1,0 k应用举例：应用举例：kRr2l l （2）可以证明相邻两环的间隔为可以证明相邻两环的间隔为与之互补与之互补（5）动态反应：动态反应：连续增加连续增加 薄膜的厚度薄膜的厚度,视场中条纹视场中条纹缩入缩入,反之，冒出。反之，冒出。0 1 2 345.愈高。愈高。愈往边缘，条纹愈密。愈往边缘，条纹愈密。24作业作业 21 （等倾干涉）（等倾干涉）11、12、13 （等厚干涉）（等厚干涉）16、19、20、2325为学应须毕生力，为学应须毕生力，攀高贵在少年时。攀高贵在少年时。苏步青苏步青