薄膜干涉-迈克耳孙干涉仪-等倾干涉.课件.ppt

第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件大学物理学电子教案大学物理学电子教案光的干涉（光的干涉（2））14-3 薄膜干涉薄膜干涉14-4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件复复 习习•光的干涉理论光的干涉理论•杨氏干涉杨氏干涉•实验装置实验装置•干涉条件干涉条件•条纹特点条纹特点•菲涅耳双面镜、洛埃镜、菲涅耳双棱镜菲涅耳双面镜、洛埃镜、菲涅耳双棱镜第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件PL一一 薄膜干涉的光程差薄膜干涉的光程差DC34E5A1B214-3 薄膜干涉薄膜干涉第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件Ø 反反射光的光程差射光的光程差加加 强强减减 弱弱PLDC34E5A1B2第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件Ø 透透射光的光程差射光的光程差 注意：注意：透射光和反透射光和反射光干涉具有互射光干涉具有互 补补 性性 ，，符合能量守恒定律符合能量守恒定律.根据具体根据具体情况而定情况而定PLDC34E5A1B2第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 当光线垂直入射时当光线垂直入射时 当当 时时当当 时时第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件AB二二 透镜不引起附加的光程差透镜不引起附加的光程差AB焦平面焦平面第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例1 在金属铝的表面，经常利用阳极氧化等方法形在金属铝的表面，经常利用阳极氧化等方法形成一层透明的氧化铝成一层透明的氧化铝 ( Al2 2 O3 3 ) 薄膜，其折射率薄膜，其折射率n = 1.80.设一磨光的铝片表面形成了厚度设一磨光的铝片表面形成了厚度d ＝＝ 250nm的透明氧化的透明氧化铝薄层，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白光垂直照射到铝片上，铝的折射率小于氧化铝的折射率）率）解解：：12dn铝铝表面呈橙红色表面呈橙红色第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件玻璃玻璃氟化镁为增透膜氟化镁为增透膜 增透膜和增反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利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率 . 例例 2 为了增加透射率为了增加透射率 , 求氟化镁膜的最小厚度求氟化镁膜的最小厚度.已知空气已知空气 , 氟化镁氟化镁 , 23解解 减弱减弱取取则则（（增强增强））第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件SM劈尖角劈尖角二二 劈劈 尖尖明纹明纹暗纹暗纹第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件（明纹）（明纹）（暗纹）（暗纹）劈尖干涉劈尖干涉讨论讨论 1）劈尖）劈尖为暗纹为暗纹.第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件3）条纹间距（明纹或暗纹））条纹间距（明纹或暗纹）2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差）相邻明纹（暗纹）间的厚度差劈尖干涉劈尖干涉第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 每一条每一条纹对应劈尖纹对应劈尖内的一个厚内的一个厚度，当此厚度，当此厚度位置改变度位置改变时，对应的时，对应的条纹随之移条纹随之移动动. . 4 ）干涉条纹的移动）干涉条纹的移动第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件2）测膜厚）测膜厚1）干涉膨胀仪）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用Si第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件空气空气 3）检验光学元件表面的平整度）检验光学元件表面的平整度4）测细丝的直径）测细丝的直径第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例3 3 干涉热膨胀仪如图干涉热膨胀仪如图. .石英圆柱环石英圆柱环 B B 其热膨其热膨胀系数胀系数 极小极小, ,环上放一块平板玻璃板环上放一块平板玻璃板 P P，，环内放环内放置一上表面磨成稍微倾斜的柱形待测样品置一上表面磨成稍微倾斜的柱形待测样品 R R，，于是于是 R R 的上表面与的上表面与 P P 的下表面间形成楔形空气膜的下表面间形成楔形空气膜, ,用波用波长长 的单色光垂直照射，即可看到彼此平行等距的的单色光垂直照射，即可看到彼此平行等距的等厚条纹等厚条纹. .若将热膨胀仪加热，使之升温若将热膨胀仪加热，使之升温 , , 于是于是在视场中某标志线上有在视场中某标志线上有 m 个干涉条纹移过个干涉条纹移过. .证明证明样品的热膨胀系数样品的热膨胀系数式中式中 l 为加热前样品的平均高度为加热前样品的平均高度. .第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件热膨胀系数热膨胀系数样品高度膨胀值样品高度膨胀值干干 涉涉 膨膨 胀胀 仪仪PRB 已知已知: 波长波长 , 样品高度样品高度 l , 升温升温 , ,移过条纹数移过条纹数 m . 证明证明:第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例：例：用波长为用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖的单色光垂直照射到空气劈尖上，从反射光中观察干涉条纹，距顶点为上，从反射光中观察干涉条纹，距顶点为 L 处是暗处是暗纹，使劈尖角纹，使劈尖角 连续变大，直到该处再次出现暗连续变大，直到该处再次出现暗条纹为止，条纹为止，求求劈尖角的改变量劈尖角的改变量 。

第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件三三三三 牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差光程差第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样显微镜显微镜SL M半透半透半反镜半反镜T第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件R光程差光程差明纹明纹暗纹暗纹rd暗环半径暗环半径明环半径明环半径第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 4）应用例子）应用例子:可以用来测可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等量，曲率半径等. 1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于）将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？的液体中，条纹如何变？工工工工 件件件件标标标标 准准准准 件件件件暗环半径暗环半径明环半径明环半径讨讨论论第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 测量透镜的曲率半径测量透镜的曲率半径第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例4 用氦氖激光器发出的波长为用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光的单色光做牛顿环实验，测得第做牛顿环实验，测得第 k 个暗环的半径为个暗环的半径为5.63mm , 第第 k+5 暗环的半径为暗环的半径为7.96mm，，求平凸透镜的曲率半径求平凸透镜的曲率半径R.解解第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件　总结　总结　总结　总结　　　　1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹度相等的点的轨迹b第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件　　　　2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距条纹不等间距3）条纹的动态变化分析（）条纹的动态变化分析（ 变化时）变化时） 第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件4 ）半波损失需具体问题具体分析）半波损失需具体问题具体分析第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例 如图，用单色光垂直如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直当平凸透镜垂直 向上缓慢平向上缓慢平移远离平面玻璃时移远离平面玻璃时 ，可以观，可以观察到这些环状干涉条纹察到这些环状干涉条纹（（1）向右平移；）向右平移；（（2）向中心收缩；）向中心收缩；（（3）向外扩张；）向外扩张；（（4）静止不动；）静止不动；（（5）向左平移）向左平移.第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件单单色色光光源源反反射射镜镜反射镜反射镜一一 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 ，且与，且与 成成 角角 移动导轨移动导轨补偿板补偿板 分光板分光板 14-4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件迈克耳孙干涉仪实物迈克耳孙干涉仪实物第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件迈克耳孙干涉仪实验装置迈克耳孙干涉仪实验装置第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件单单色色光光源源反射镜反射镜反反射射镜镜光程差光程差 的像的像第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件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第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件当当 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.反射镜反射镜单单色色光光源源反反射射镜镜第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件干涉干涉条纹条纹移动移动数目数目Ø 迈克尔孙干涉仪的主要特性迈克尔孙干涉仪的主要特性 两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.移移动动距距离离移动反射镜移动反射镜 M1第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件Ø 干涉条纹的移动干涉条纹的移动 当当 与与 之间距离之间距离变大时变大时 ，圆形干涉条纹，圆形干涉条纹从中心一个个长出从中心一个个长出, 并并向外扩张向外扩张, 干涉条纹变干涉条纹变密密; 距离变小时，圆形距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心干涉条纹一个个向中心缩进缩进, 干涉条纹变稀干涉条纹变稀 .第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件光程差光程差插入介质片后光程差插入介质片后光程差光程差变化光程差变化干涉条纹移动数目干涉条纹移动数目介质片厚度介质片厚度第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入玻璃管在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入玻璃管, 长为长为 ，，其中一个抽成真空，其中一个抽成真空， 另一个则储有压另一个则储有压强为强为 的空气的空气 , 用以测量空气的折射率用以测量空气的折射率 . 设设所用光波波长为所用光波波长为546nm，，实验时，向真空玻璃管中逐渐充实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气入空气 ，直至压强达到，直至压强达到 为止为止 . 在此过在此过程中程中 ，观察到，观察到107.2 条干涉条纹的移动，试求空气的折条干涉条纹的移动，试求空气的折射率射率 .解解lGM1M2真空真空空气空气第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件二二 等倾干涉等倾干涉 等倾干涉条纹等倾干涉条纹为相同倾角为相同倾角入射光经入射光经 M1、、M2 反射会聚后反射会聚后所形成的点的轨迹所形成的点的轨迹.DACPFBL第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件小小 结结•光程光程 薄膜干涉薄膜干涉•劈尖劈尖 牛顿环牛顿环•迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件作业作业思考题：思考题： P233 6，，7，，9，，10习习 题：题： P236 12，，13，，17，，18预习预习 习：习： 14-5，，14-6。