光学光的干涉PPT讲稿.ppt

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1、光学光的干涉第1页，共44页，编辑于2022年，星期四1、光学的研究内容、光学的研究内容研究光的本性；研究光的本性；研究光的产生、传输与接收规律；研究光的产生、传输与接收规律；研究光与物质的相互作用；研究光与物质的相互作用；研究光学的应用。研究光学的应用。光学发展简史光学发展简史2、光的两种学说、光的两种学说牛顿的微粒说牛顿的微粒说光是由微粒组成的，与普通的实物小球一光是由微粒组成的，与普通的实物小球一样遵循相同的力学规律。样遵循相同的力学规律。微粒说可以很好的说明光的直线传微粒说可以很好的说明光的直线传播和反射定律，折射定律。播和反射定律，折射定律。第2页，共44页，编辑于2022年，星期四

2、光的波动说能说明光的反射和折射定律。光的波动说能说明光的反射和折射定律。杨杨氏氏、菲菲涅涅耳耳、傅傅科科以以及及麦麦克克斯斯韦韦建建立立的的电电磁磁场场理理论论，为为光光的的波波动动说说建建立立了了坚坚实实的的实实验验和理论基础。和理论基础。惠更斯原理：惠更斯原理：波到达的任意点都可以看作新的振动波到达的任意点都可以看作新的振动中心，安们发出球面次波，这些次中心，安们发出球面次波，这些次波的包络面就是新的波面。波的包络面就是新的波面。惠更斯的波动说惠更斯的波动说光是机械波，在弹性介质光是机械波，在弹性介质“以太以太”中传播。中传播。第3页，共44页，编辑于2022年，星期四4、光学的分类、光学

3、的分类几何光学几何光学以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪器成象规律。器成象规律。物理光学物理光学以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。波动光学波动光学光的波动性：研究光的传输规律及其应用的学科光的波动性：研究光的传输规律及其应用的学科量量子子光光学学光光的的粒粒子子性性：研研究究光光与与物物质质相相互互作作用用规规律律及及其其应应用用的的学科学科3、光的本性、光的本性光的电磁理论光的电磁理论波动性波动性：干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振光的量子理论光的量子理论粒子性粒子性：黑

4、体辐射、光电效应、康普顿效应黑体辐射、光电效应、康普顿效应第4页，共44页，编辑于2022年，星期四第第22章：光的干涉章：光的干涉第第23章：光的衍射章：光的衍射第第24章：光的偏振章：光的偏振波动光学波动光学第5页，共44页，编辑于2022年，星期四一、光波一、光波1光波的概念：光波的概念：红外光：红外光：0.76m可可见见光光：0.40m与与0.76m之间之间紫外光：紫外光：0.40m22.2 相干光相干光2光的颜色：光的颜色：单色光单色光只含单一波长的光：激光只含单一波长的光：激光复色光复色光不同波长单色光的混合：白光不同波长单色光的混合：白光3光的速度与折射率光的速度与折射率：v=c

5、/n第6页，共44页，编辑于2022年，星期四二、光矢量二、光矢量1光矢量光矢量电场强度电场强度E的振动称为光振动，电场强度称为光矢量。的振动称为光振动，电场强度称为光矢量。2光强光强光的平均能流密度，表示单位时间内通过与传播方向垂直的单位光的平均能流密度，表示单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的光的能量在一个周期内的平均值面积的光的能量在一个周期内的平均值 I=E02三、光的干涉现象三、光的干涉现象1什么是光的干涉现象什么是光的干涉现象两束光的相遇区域形成稳定两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布。的、有强有弱的光强分布。2相干条件相干条件振动方向相同振动方向相同振动频率相同振动

6、频率相同相位相同或相位差保持恒定相位相同或相位差保持恒定3 相干光与相干光源相干光与相干光源 两束满足两束满足相干条件的光称为相干条件的光称为相干光相干光相应的光源称为相应的光源称为相干光源相干光源第7页，共44页，编辑于2022年，星期四4明暗条纹条件明暗条纹条件用用相位差相位差表示：表示：明条纹：明条纹：=2k k=0,1,2,暗条纹：暗条纹：=(2k-1)k=1,2,3,用用波程差波程差表示表示根据波程差与相位差的关系根据波程差与相位差的关系 =2/明条纹：明条纹：=k k=0,1,2,暗条纹：暗条纹：=(2k-1)/2 k=1,2,3,第8页，共44页，编辑于2022年，星期四四、相干

7、光的获得四、相干光的获得1普通光源的发光机理普通光源的发光机理光波列长度：光波列长度：m结论：普通光源发出的光波不满足结论：普通光源发出的光波不满足相干条件，不是相干光，不能产生相干条件，不是相干光，不能产生干涉现象。干涉现象。特点：同一原子发光具有瞬时性和间特点：同一原子发光具有瞬时性和间歇性、偶然性和随机性，而不同原子歇性、偶然性和随机性，而不同原子发光具有独立性。发光具有独立性。2获得相干光源的两种方法获得相干光源的两种方法原理：原理：将将同同一一光光源源上上同同一一点点或或极极小小区区域域发发出出的的一一束束光光分分成成两两束束，让让它它们们经经过过不不同同的的传传播播路路径径后后，再

8、再使使它它们相遇，它们是相干光。们相遇，它们是相干光。方法：方法：分波阵面法：把光波的阵面分为两部分分波阵面法：把光波的阵面分为两部分分振幅法：利用两个反射面产生两束反射光分振幅法：利用两个反射面产生两束反射光SE第9页，共44页，编辑于2022年，星期四22.1 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉托马斯托马斯杨（杨（Thomas Young）英国英国物理学家、医生和考古学家，光的波物理学家、医生和考古学家，光的波动说的奠基人之一动说的奠基人之一波动光学：波动光学：杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验生理光学：生理光学：三原色原理三原色原理材料力学：材料力学：杨氏弹性

9、模量杨氏弹性模量考古学考古学 ：破译古埃及石碑上的文字破译古埃及石碑上的文字1、杨氏简介、杨氏简介第10页，共44页，编辑于2022年，星期四2、杨氏双缝干涉、杨氏双缝干涉实验装置实验装置 1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现象。杨氏用锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现象。杨氏用叠加叠加原理原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了解释了干涉现象，在历史上第一次测定了光的波长光的波长，为光的，为光的波波动学说动学说的确立奠定了基础。的确立奠定了基础。第11页，

10、共44页，编辑于2022年，星期四3、双缝干涉的波程差、双缝干涉的波程差两光波在两光波在P点的波程差为点的波程差为 =r2-r1d sin =d sin=k,明纹明纹,相长干涉相长干涉相位差相位差=2=2/=2k k=0,1,2,=d sin=(2k-1)/2,暗纹暗纹,相消干涉相消干涉相位差相位差=2/=(2k-1)k=0,1,2,r2r1OPxdS2S1D4、干涉条纹的位置、干涉条纹的位置 x=DtanDsin（1）明条纹：）明条纹：=xd/D=kk 中心位置：中心位置：x=kD/dkD/d k=0,1,2,（2）暗条纹：）暗条纹：=xd/D=(2k-1)(2k-1)/2/2 中心位置：中

11、心位置：x=(2k-1)D/(2d)(2k-1)D/(2d)k=1,2,3,（3）条纹间距：）条纹间距：相邻明纹中心或相邻暗纹相邻明纹中心或相邻暗纹中心的距离称为条纹间距中心的距离称为条纹间距 x=D/dD/d5、干涉条纹的特点、干涉条纹的特点双缝干涉条纹是与双缝平行的一组双缝干涉条纹是与双缝平行的一组明暗相间彼此明暗相间彼此等间距的直条纹等间距的直条纹，上下对称。上下对称。B第12页，共44页，编辑于2022年，星期四光源光源S位置改变：位置改变：S下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移；下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移；S上移时，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。上移时，干

12、涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。双缝间距双缝间距d 改变：改变：当当d 增大时，增大时，x减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。当当d 减小时，减小时，x增大，条纹变稀疏。增大，条纹变稀疏。双缝与屏幕间距双缝与屏幕间距D 改变：改变：当当D 减小时，减小时，x减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。当当D 增大时，增大时，x增大，条纹变稀疏。增大，条纹变稀疏。x=D/d6、讨论、讨论 x=D/d（1）波长及装置结构变化时干涉条纹的移动和变化）波长及装置结构变化时干涉条纹的移动和变化第13页，共44页，编辑于2022年，

13、星期四对于不同的光波，若满足对于不同的光波，若满足k11=k22出现干涉条纹的重叠。出现干涉条纹的重叠。入射光波长改变：入射光波长改变：当当增大时，增大时，x增大，条纹变疏；增大，条纹变疏；当当减小时，减小时，x减小，条纹变密。减小，条纹变密。若用复色光源，则干涉条纹是若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。彩色的。第14页，共44页，编辑于2022年，星期四7、光强分布、光强分布合光强为合光强为 当当I1=I2=I0时时当当=k=k时，时，I=II=Imaxmax=4=4 I0当当=(2k-1)/2=(2k-1)/2时，时，I=II=Iminmin=0=0第15页，共44页，编辑于2022年，星期

14、四8、杨氏双缝干涉的应用、杨氏双缝干涉的应用（1）测量波长：）测量波长：（2）测量薄膜的厚度和折射率：）测量薄膜的厚度和折射率：（3）长度的测量微小改变量。）长度的测量微小改变量。例例1、求光波的波长、求光波的波长在杨氏干涉装置中，双孔间距在杨氏干涉装置中，双孔间距d=0.233mmd=0.233mm，屏幕至双孔的距离，屏幕至双孔的距离D=100cmD=100cm。用。用单色光作光源，测得条纹间距单色光作光源，测得条纹间距x=2.53mmx=2.53mm，求单色光的波长。，求单色光的波长。解：由杨氏双缝干涉条纹间距公式解：由杨氏双缝干涉条纹间距公式 x=D/d可以得到光波的波长为可以得到光波的

15、波长为 =xd/D代入数据，得代入数据，得=589nm第16页，共44页，编辑于2022年，星期四一、菲涅耳双面镜一、菲涅耳双面镜引入引入 菲涅耳提出了的获得相干光菲涅耳提出了的获得相干光的方法。的方法。实验装置实验装置原理原理:屏幕上屏幕上O O点在两个点在两个虚光源连线的垂直虚光源连线的垂直平分线上，屏幕上平分线上，屏幕上明暗条纹中心对明暗条纹中心对O O点的偏离点的偏离 x为：为：明条纹中心的位置明条纹中心的位置暗条纹中心的位置暗条纹中心的位置 其他分波阵面干涉装置其他分波阵面干涉装置第17页，共44页，编辑于2022年，星期四二、洛埃德镜实验二、洛埃德镜实验实验装置与原理实验装置与原理

16、AB为一背面涂黑的玻璃片，从为一背面涂黑的玻璃片，从狭缝狭缝S射出的光，一部分直接射出的光，一部分直接射到屏幕射到屏幕W上，另一部分经过上，另一部分经过玻璃片反射后到达屏幕，反玻璃片反射后到达屏幕，反射光看成是由虚光源射光看成是由虚光源S发出的，发出的，S、S构成一对相关光源，在构成一对相关光源，在屏幕上可以看到明、暗相间屏幕上可以看到明、暗相间的干涉条纹的干涉条纹。光栏光栏半波损失半波损失原因：原因：当光从光疏介质射向光密当光从光疏介质射向光密介质时，反射光的相位发生了介质时，反射光的相位发生了跃变，或者反射光产生了跃变，或者反射光产生了/2附附加的光程差，即加的光程差，即“半波损失半波损失

17、”。解释：解释：光的电磁理论（菲涅耳公光的电磁理论（菲涅耳公式）可以解释半波损失。式）可以解释半波损失。现象：现象：当屏幕当屏幕W移至移至B处，从处，从 S 和和 S 到到B点的光程差为零，但是点的光程差为零，但是观察到暗条纹，观察到暗条纹，验证了反射时有验证了反射时有半波损失存在。半波损失存在。第18页，共44页，编辑于2022年，星期四情况情况1：n1n2n2n3 无无无无没有没有情况情况3：n1n3 有有无无有有情况情况4：n1n2n3 无无有有有有产生半波损失的条件：光从产生半波损失的条件：光从光疏介质射向光密介质，即光疏介质射向光密介质，即n1n2；半波损失只发生在反射光半波损失只发

18、生在反射光中；中；对于三种不同的媒质，两反对于三种不同的媒质，两反射光之间有无半波损失的情况射光之间有无半波损失的情况如下：如下：n1n2n2n3 无无n1n3 有有n1n2n3 有有第19页，共44页，编辑于2022年，星期四小小 结结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、洛埃德镜菲涅耳双面镜、洛埃德镜作业作业：22.2;22.3;22.4第20页，共44页，编辑于2022年，星期四一、光程一、光程光在介质中的传播光在介质中的传播光在介质中传播的距离折算成光在介质中传播的距离折算成真空中的长度。真空中的长度。在介质中传播的波长，

19、折算成在介质中传播的波长，折算成真空中波长真空中波长两光程之差叫做光程差两光程之差叫做光程差相位差：相位差：2、光程差、光程差1、光程的引入和光程的概念、光程的引入和光程的概念22.5 光程光程例例1、nPa第21页，共44页，编辑于2022年，星期四当用透镜观测干当用透镜观测干涉时，不会带来涉时，不会带来附加的光程差。附加的光程差。二、透镜不引起附加的光程差二、透镜不引起附加的光程差干涉条件干涉条件用相位差表示：用相位差表示：用光程差表示：用光程差表示：第22页，共44页，编辑于2022年，星期四干涉条纹定域在干涉条纹定域在膜附近。条纹形膜附近。条纹形状由膜的等厚点状由膜的等厚点轨迹所决定。

20、轨迹所决定。一、劈尖一、劈尖1、等厚干涉中薄膜的厚度不均匀，通常观测时常常使用、等厚干涉中薄膜的厚度不均匀，通常观测时常常使用单色光垂直入射到薄膜上，折射角为单色光垂直入射到薄膜上，折射角为0，22.6 薄膜干涉薄膜干涉(一一)-等厚干涉等厚干涉第23页，共44页，编辑于2022年，星期四干涉条纹是光程差相同点的轨迹，厚干涉条纹是光程差相同点的轨迹，厚度相同处，光程差相等，形成同一干度相同处，光程差相等，形成同一干涉条纹，故得名等厚干涉。对尖劈形涉条纹，故得名等厚干涉。对尖劈形薄膜，等厚干涉条纹是一组平行劈棱薄膜，等厚干涉条纹是一组平行劈棱的直线。的直线。二、干涉条纹的特征二、干涉条纹的特征1

21、、干涉条纹的形状、干涉条纹的形状若劈角为若劈角为,则尖劈情形相邻亮纹或暗纹的间距为则尖劈情形相邻亮纹或暗纹的间距为 2、干涉条纹的级次分布、干涉条纹的级次分布薄膜厚的地方，光程差较大，级次高。薄膜厚的地方，光程差较大，级次高。3、相邻亮纹或相邻暗纹之间膜的厚度差、相邻亮纹或相邻暗纹之间膜的厚度差第24页，共44页，编辑于2022年，星期四讨论：讨论：波长、折射率、劈尖夹角对条纹间波长、折射率、劈尖夹角对条纹间距的影响距的影响5、应用、应用测量长度是微小改变测量长度是微小改变干涉膨胀仪：干涉膨胀仪：薄膜厚度的测定薄膜厚度的测定测定光学元件表面的平整度测定光学元件表面的平整度第25页，共44页，编

22、辑于2022年，星期四劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、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。明暗相间等距的直条纹。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。当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。彩色直条纹。劈尖相邻级次的薄膜厚度差为膜内光波长的一半。劈尖相邻级次的薄膜厚度差为膜内光波长的一半。明纹中心明纹中心暗纹中心暗纹中心6、结论、结论第26页，共44页，编辑于2022年，星期四三、牛顿环三、牛顿环用平凸透镜凸球面所反射用平凸透镜凸球面所反射的光和平晶上表面所反射的光和平晶上表面所

23、反射的光发生干涉，不同厚度的光发生干涉，不同厚度的等厚点的轨迹是以的等厚点的轨迹是以O为为圆心的一组同心圆。圆心的一组同心圆。明环中心明环中心暗环中心暗环中心1、实验装置实验装置2、干涉公式、干涉公式第27页，共44页，编辑于2022年，星期四在实际观察中常测牛顿环的半径在实际观察中常测牛顿环的半径r 它与它与h和凸球面的半径和凸球面的半径R的关系：的关系：略去二阶小量略去二阶小量h2并微分得：并微分得：代入明暗环公式得：代入明暗环公式得：明环中心明环中心暗环中心暗环中心4 讨论讨论:(1)牛顿环中心为暗环，级次最低。牛顿环中心为暗环，级次最低。(2)离开中心愈远，程差愈大，圆条纹离开中心愈远

24、，程差愈大，圆条纹间距愈小，愈密。其透射光也有干涉，间距愈小，愈密。其透射光也有干涉，明暗条纹互补。明暗条纹互补。(3)用白光时将产生彩色条纹。用白光时将产生彩色条纹。3、牛顿环半径、牛顿环半径5、应用：、应用：测量光的波长；测量光的波长；测量平凸透镜的曲率半径；测量平凸透镜的曲率半径；检查透镜的质量检查透镜的质量。oR曲率半径曲率半径rh第28页，共44页，编辑于2022年，星期四例例1、工件质量检测工件质量检测ba薄膜干涉应用举例薄膜干涉应用举例一、检验工件表面平整度一、检验工件表面平整度第29页，共44页，编辑于2022年，星期四例例2、用等厚干涉法测细丝的直径、用等厚干涉法测细丝的直径

25、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，玻玻璃璃板板长长D，求细丝的直径。，求细丝的直径。解：相邻明纹的高度差解：相邻明纹的高度差d第30页，共44页，编辑于2022年，星期四例例3、增透膜和增反膜、增透膜和增反膜对于同一厚度的薄膜，在某一方向对于同一厚度的薄膜，在某一方向观察到某一波长对应反射光相干相观察到某一波长对应反射光相干相长，则该波长在对

26、应方向的透射光长，则该波长在对应方向的透射光一定相干相消。因为要满足能量守一定相干相消。因为要满足能量守恒。恒。增透膜、增反膜用在光学仪器的镜头增透膜、增反膜用在光学仪器的镜头上，就是根据这个道理。上，就是根据这个道理。6、应用：、应用：测定薄膜的厚度；测定薄膜的厚度；测定光的波长；测定光的波长；提高或降低光学器件的透射率提高或降低光学器件的透射率增透膜增透膜(增反膜增反膜)。第31页，共44页，编辑于2022年，星期四例例3如图所示，在折射率为如图所示，在折射率为1.50的平板玻的平板玻璃表面有一层厚度为璃表面有一层厚度为300nm，折射率为，折射率为1.22的均匀透明油膜，用白光垂直射向油

27、膜，的均匀透明油膜，用白光垂直射向油膜，问：问：1)哪些波长的可见光在反射光中产生相长干哪些波长的可见光在反射光中产生相长干涉涉?2)哪些波长的可见光在透射光中产生相长干哪些波长的可见光在透射光中产生相长干涉涉?3)若要使反射光中若要使反射光中=550nm的光产生相干的光产生相干涉，油膜的最小厚度为多少涉，油膜的最小厚度为多少?解：解：(1)因反射光之间没有半波损失，由垂因反射光之间没有半波损失，由垂直入射直入射i=0，得反射光相长干涉的条件为，得反射光相长干涉的条件为k=1时时 红光红光 k=2时时 故反射中红光产生故反射中红光产生相长干涉。相长干涉。紫外紫外 第32页，共44页，编辑于20

28、22年，星期四(2)对于透射光，相干条件为：对于透射光，相干条件为：k=1时时 红外红外 k=2时时 青色光青色光 k=3时时 紫外紫外(3)由反射相消干涉条件为：由反射相消干涉条件为：显然显然k=0所产生对应的厚度所产生对应的厚度最小，即最小，即 第33页，共44页，编辑于2022年，星期四一、薄膜干涉一、薄膜干涉1、引言：、引言：薄膜干涉属于分振幅法薄膜干涉属于分振幅法2、实验装置实验装置在一均匀透明介质在一均匀透明介质n1中放入上下中放入上下表面平行，厚度为表面平行，厚度为 h 的均匀介质的均匀介质 n2 2 ,n1 n2光光1与光与光 2的光程差为：的光程差为：有半波损失。有半波损失。

29、n1n2n1BAChD12ri22.7 薄膜干涉薄膜干涉(二二)-等倾干涉等倾干涉第34页，共44页，编辑于2022年，星期四3、光程差、光程差由折射定律和几何关系可得出：由折射定律和几何关系可得出：代入代入得出得出：即：即：或写为或写为：结论：结论：相同的入射角对应相同的入射角对应同一级条纹。因此，称它为同一级条纹。因此，称它为薄膜等倾干涉。薄膜等倾干涉。光光与光与光 相遇在无穷远，或相遇在无穷远，或者在透镜的焦平面上观察它们者在透镜的焦平面上观察它们的相干结果，所以称它为的相干结果，所以称它为定域定域干涉。干涉。n1n2n1BAChDri第35页，共44页，编辑于2022年，星期四入射倾角

30、相同的光在膜内的、折射角入射倾角相同的光在膜内的、折射角r相同，光程差相同，应处相同，光程差相同，应处于同一干涉条纹，因为得名等倾干涉。于同一干涉条纹，因为得名等倾干涉。级次高即级次高即k值大，对应膜内的折射角值大，对应膜内的折射角r小。小。2、干涉条纹的级次分布、干涉条纹的级次分布1、干涉条纹的形状、干涉条纹的形状二、干涉条纹的特征二、干涉条纹的特征第36页，共44页，编辑于2022年，星期四随着膜内折射角增大，入射角增大，条纹级次降低，即同心的等倾干随着膜内折射角增大，入射角增大，条纹级次降低，即同心的等倾干涉条纹，中心处的条纹较稀疏，间距较大，外沿处的条纹较密，间距涉条纹，中心处的条纹较

31、稀疏，间距较大，外沿处的条纹较密，间距较小。较小。薄膜的厚度增大时，干涉条纹一个一个从中心冒出来，薄膜的厚度增大时，干涉条纹一个一个从中心冒出来，反之厚度减小时，干涉条纹一个一个缩向中心消失。反之厚度减小时，干涉条纹一个一个缩向中心消失。4、薄膜厚度改变时，干涉条纹的移动规律、薄膜厚度改变时，干涉条纹的移动规律3、干涉条纹间距、干涉条纹间距相邻条纹的光程差之差为一个波长，对光程差公式求微分第37页，共44页，编辑于2022年，星期四一、迈克耳孙干涉仪的结构及原理一、迈克耳孙干涉仪的结构及原理G1和和G2是两块材料是两块材料相同厚薄均匀、几相同厚薄均匀、几何形状完全相同的何形状完全相同的光学平晶

32、。光学平晶。G1一侧镀有半透半反的薄一侧镀有半透半反的薄银层。与水平方向成银层。与水平方向成45o角角放置；放置；G2称为补偿板。称为补偿板。在在G1镀银层镀银层上上M1的虚象的虚象M1二、迈克耳孙干涉仪的干涉条纹二、迈克耳孙干涉仪的干涉条纹一束光在一束光在A处分振幅形成的两束光处分振幅形成的两束光1和和2的光程差，就相当于的光程差，就相当于由由M1和和M2形成的空气膜上下两个面反射光的光程差形成的空气膜上下两个面反射光的光程差。22.8 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪fG1G2M1M2光源1212第38页，共44页，编辑于2022年，星期四fG1G2M1M2光源1212M1与与M2严格垂直严格

33、垂直薄膜干涉薄膜干涉1，2两束光的光程差两束光的光程差等倾干涉，干涉条纹为明暗等倾干涉，干涉条纹为明暗相间的同心圆环。相间的同心圆环。=明条纹明条纹暗条纹暗条纹干涉圆环中心，干涉圆环中心，i=0k自内向外依次递减自内向外依次递减e增大时有条纹冒出增大时有条纹冒出当当e每减少每减少/2/2时，中央条纹对应的时，中央条纹对应的k值就值就要减少要减少1，原来位于中央的条纹消失，原来位于中央的条纹消失，将看到将看到同心等倾圆条纹向中心缩陷同心等倾圆条纹向中心缩陷。第39页，共44页，编辑于2022年，星期四当当M1、M2 不平行时，将看到劈尖等厚干涉条纹。不平行时，将看到劈尖等厚干涉条纹。当当M1每平

34、移每平移/2/2 时，将看到一个明（或暗）条纹移过时，将看到一个明（或暗）条纹移过视场中某一固定直线，条纹移动的数目视场中某一固定直线，条纹移动的数目m 与与M1 镜平移镜平移的距离关系为：的距离关系为：记下平移的距离记下平移的距离,可测量入射光的波长可测量入射光的波长;如已知波长如已知波长,则可通过条纹移动数目来测量微小伸长量则可通过条纹移动数目来测量微小伸长量(如热如热胀冷缩量胀冷缩量).第40页，共44页，编辑于2022年，星期四迈克耳孙干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变迈克耳孙干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数，精度高。化测量有关参数，精度高。在光谱学中，

35、应用精确度极高的近代干涉仪可以精确地测定在光谱学中，应用精确度极高的近代干涉仪可以精确地测定光谱线的波长极其精细结构；光谱线的波长极其精细结构；在天文学中，利用特种天体干涉仪还可测定远距离星体在天文学中，利用特种天体干涉仪还可测定远距离星体的直径以及检查透镜和棱镜的光学质量等等。的直径以及检查透镜和棱镜的光学质量等等。三、迈克耳孙干涉仪的应用三、迈克耳孙干涉仪的应用第41页，共44页，编辑于2022年，星期四例题：例题：在迈克耳孙干涉仪的两臂在迈克耳孙干涉仪的两臂中分别引入中分别引入 10 厘米长的厘米长的玻璃管玻璃管 A、B，其中一个，其中一个抽成真空，另一个在充以抽成真空，另一个在充以一个

36、大气压空气的过程中一个大气压空气的过程中观察到观察到107.2 条条纹移动，条条纹移动，所用波长为所用波长为546nm。求空气的折射率求空气的折射率？解：设空气的折射率为解：设空气的折射率为 n相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观察到波长，当观察到107.2 条移过时，光程差的改变量满足：条移过时，光程差的改变量满足：迈克耳孙干涉仪的两臂中迈克耳孙干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。纹的变化测量有关参数。精度高精度高。第42页，共44页，编辑于2022年，星期四小小 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43页，共44页，编辑于2022年，星期四作业作业习习 题：题：22.14;22.15;22.20;22.21 第44页，共44页，编辑于2022年，星期四