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1、平行平板的双光束干涉平行平板的双光束干涉2 2透镜的等光程性透镜的等光程性透镜的等光程性透镜的等光程性 在干涉和衍射实验中，常常用薄透镜将平行光线会聚成一点，在干涉和衍射实验中，常常用薄透镜将平行光线会聚成一点，而不会引起附加的光程差，只能改变光波的传播方向。而不会引起附加的光程差，只能改变光波的传播方向。l l 经过主光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过主光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过主光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过主光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。l l 经过副光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过副光轴的平行光汇聚到焦
2、点，每条光线的光程相等。经过副光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。经过副光轴的平行光汇聚到焦点，每条光线的光程相等。l l 经过副光轴的点光源发出的光汇聚到经过副光轴的点光源发出的光汇聚到经过副光轴的点光源发出的光汇聚到经过副光轴的点光源发出的光汇聚到S S 点，每条光线的光程相等。点，每条光线的光程相等。点，每条光线的光程相等。点，每条光线的光程相等。第1页/共24页3一、一、等倾干涉等倾干涉（暗）=2.1.4 2.1.4 分振幅干涉分振幅干涉 1 1、等倾干涉相长与相消的条件等倾干涉相长与相消的条件第2页/共24页4 41、倾角相同的光线形成的干涉光、倾角相同的光线形成的干涉光光强
3、相同。光强相同。问题：问题：1、透射光的干涉情况如何？、透射光的干涉情况如何？2、透镜换成眼睛能看到这些条纹吗？、透镜换成眼睛能看到这些条纹吗？2、所有的平行光汇聚在透镜焦平、所有的平行光汇聚在透镜焦平面上的同一点。使条纹的对比度面上的同一点。使条纹的对比度更高。更高。3、透镜正放，焦面上条纹是一、透镜正放，焦面上条纹是一组同心圆组同心圆。2 2、等倾干涉的特点、等倾干涉的特点第3页/共24页5 5条纹分析第4页/共24页6 6第5页/共24页7其称为条纹的角间距（相邻条纹对透镜中心的张角），易知，靠近中心的条纹较疏，离中心越远条纹越密。第6页/共24页8 8中央条纹宽，边缘条纹窄。第7页/共
4、24页9 9例题例题例题例题1 1白白光光照照射射空空气气中中的的平平行行薄薄膜膜，已已知知h=0.34 m，n=1.33 问问：当当视视线线与与膜膜法法线线成成 60o 和和 30o 时时观观察察点点各各呈呈什什么么颜颜色色？解解第8页/共24页1010例题例题例题例题2 2你知道肥皂泡上美丽的彩色花纹是如何形成的吗？在白光照射下，肥皂泡的膜形成等倾干涉条纹。刚吹起肥皂液膜厚度较大，前后表面反射光光程差超过相干长度，不能干涉。随着泡张大，膜厚减小，光程差小于相干长度后产生干涉，白光中反射加强成份显色，显色波长随膜厚减小而改变。当膜厚趋于零时，光程差只有半波损失引起的，各种颜色前后表面反射光的
5、相干差都是/2时，反射相消，膜呈黑色，此时泡将破裂。第9页/共24页1111例题例题例题例题3 3在比较复杂的光学系统中，入射光的能量往往因多次反射而损失。例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影响成像的质量。常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜，利用薄膜干涉的性质，控制光学原件的对光能的影响，通常有增增透膜和高反膜透膜和高反膜第10页/共24页1212二、二、等厚干涉等厚干涉第第m条暗纹对应膜厚条暗纹对应膜厚hm相邻相邻两两 条条纹纹中心间距中心间距厚度差厚度差劈尖薄膜的等厚干涉劈尖薄膜的等厚干涉第11页/共24页1313（适于平行光垂
6、直入射）（适于平行光垂直入射）(1).(1).当当有有半半波波损损失失时时，在在劈劈棱棱 处处为为暗暗纹纹，否则为一亮纹；否则为一亮纹；(2).(2).干涉条纹是平行于棱边的直条纹干涉条纹是平行于棱边的直条纹(3).(3).相邻明（暗）纹间距相邻明（暗）纹间距(4).楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏等厚干涉条纹分布的特点：等厚干涉条纹分布的特点：劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、明暗相间劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、明暗相间等距的直条纹。楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏；当等距的直条纹。楔角愈小，干涉条纹分布就愈稀疏；当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐
7、渐分开的彩色直条用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。纹。第12页/共24页1414三三.等厚条纹的应用等厚条纹的应用劈尖的应用劈尖的应用测波长：测波长：测折射率：测折射率：测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化测表面不平度测表面不平度等厚干涉型的干涉系统统称为斐索干涉仪。常用于光学零件表面质量的检查，按照测量对象分为：平面干涉仪和球面干涉仪第13页/共24页1515第14页/共24页1616(1)(1)检测待测平面的平整度检测待测平面的平整度由于同一条纹下的空气薄膜由于同一条纹下的空气薄膜厚度相同，当待测平面上出厚度相同，当待测平面上出现沟槽时条纹向左弯曲。现沟槽
8、时条纹向左弯曲。待测平面待测平面光学平板玻璃光学平板玻璃第15页/共24页1717(2).(2).(2).(2).测量微小物体的厚度测量微小物体的厚度测量微小物体的厚度测量微小物体的厚度将微小物体夹在两薄玻璃将微小物体夹在两薄玻璃片间，形成劈尖，用单色片间，形成劈尖，用单色平行光照射。平行光照射。由由有有第16页/共24页1818例如用波长为例如用波长为589.3nm589.3nm的钠黄光垂直照射长的钠黄光垂直照射长 L L=20mm=20mm 的的空气劈尖，测得条纹间距为空气劈尖，测得条纹间距为第17页/共24页1919(3).(3).(3).(3).测量微小角度测量微小角度测量微小角度测量
9、微小角度.例题例题 折射率为折射率为n n=1.60=1.60的两块平面玻璃板之间形成一空气劈的两块平面玻璃板之间形成一空气劈尖，用波长尖，用波长=600nm=600nm的单色光垂直照射，产生等厚干涉条纹，的单色光垂直照射，产生等厚干涉条纹，若在劈尖内充满若在劈尖内充满n n=1.40=1.40的液体，相邻明纹间距缩小的液体，相邻明纹间距缩小l l=0.5mm=0.5mm，求劈尖角，求劈尖角。解：解：设空气劈尖时相邻明纹间距为设空气劈尖时相邻明纹间距为l l1 1，液体劈尖时相邻明纹，液体劈尖时相邻明纹间距为间距为l l2 2，由间距公式，由间距公式第18页/共24页2020(4)(4)(4)
10、(4)测量微小位移测量微小位移测量微小位移测量微小位移厚度每改变厚度每改变/2n/2n条纹平移一条条纹平移一条(5)(5)测介质折射率测介质折射率第19页/共24页2121例例 用用等等厚厚干干涉涉法法测测细细丝丝的的直直径径d d。取取两两块块表表面面平平整整的的玻玻璃璃板板，左左边边棱棱迭迭合合在在一一起起，将将待待测测细细丝丝塞塞到到右右棱棱边边间间隙隙处处，形形成成一一空空气气劈劈尖尖。用用波波长长 0 0的的单单色色光光垂垂直直照照射射，得得等等厚厚干干涉涉条条纹纹，测测得得相相邻邻明明纹纹间间距距为为 L L，玻玻璃璃板板长长L L0 0，求求细细丝的直径。丝的直径。解：相邻明纹的
11、高度差解：相邻明纹的高度差d第20页/共24页2222例例例例在在在在半半半半导导导导体体体体器器器器件件件件生生生生产产产产中中中中，为为为为测测测测定定定定硅硅硅硅片片片片上上上上的的的的Si0Si0Si0Si02 2 2 2薄薄薄薄膜膜膜膜厚厚厚厚度度度度，将将将将薄薄薄薄膜膜膜膜一一一一侧侧侧侧腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀成成成成劈劈劈劈尖尖尖尖形形形形状状状状，如如如如图图图图。用用用用钠钠钠钠黄黄黄黄光光光光从从从从空空空空气气气气中中中中垂垂垂垂直直直直照照照照射射射射到到到到Si0Si0Si0Si02 2 2 2表表表表面面面面上上上上，在在在在垂垂垂垂直直直直方方方方向向向向上上上上观观
12、观观察察察察Si0Si0Si0Si02 2 2 2劈劈劈劈尖尖尖尖膜膜膜膜的的的的反反反反射射射射光光光光干干干干涉涉涉涉条条条条纹纹纹纹，看看看看到到到到有有有有七七七七条条条条暗暗暗暗纹纹纹纹，第第第第七七七七条条条条恰恰恰恰位位位位于于于于N N N N处处处处，问问问问薄薄薄薄膜膜膜膜的厚度？的厚度？的厚度？的厚度？解：解：MN相邻暗纹间的膜厚之差相邻暗纹间的膜厚之差明、暗纹间的膜厚之差明、暗纹间的膜厚之差故：故：第21页/共24页2323 （6）测凸透镜的曲率半径）测凸透镜的曲率半径第第 m 级暗环对级暗环对应应半径半径 rm牛牛顿顿环环膜厚膜厚特点特点 级次级次内低外高内低外高 间距间距内疏外密内疏外密第22页/共24页2424压压环外扩：要打磨中央部环外扩：要打磨中央部分分压压环内缩：要打磨边缘部环内缩：要打磨边缘部分分（7）牛顿环在光学冷加工中的应用）牛顿环在光学冷加工中的应用第23页/共24页