第二章 光的干涉与干涉仪

第二章光的干涉与干涉仪一、光波干涉基本理论1、当两个或多个光波在空间某区域叠加时，在叠加区域内出现的各点强度稳定的强弱分布现象称为光波干涉。2、干涉系统的三要素为光源、干涉装置、干涉场。光波相干的必要条件有频率相同_、位相差恒定、非正交偏振光。光波相干的补充条件有两列光波的光程差小于光波的波列长度、两列光波的振幅不能相差太大。3、将一个光波分离成两个相干光波，常用的方法有分波阵面法、分振幅法让光波通过并排的两个小孔或利用反射和折射的方法把光波的波前分割为两个部分的方法祢为：分波前法。利用两个部分反射的表面通过振幅分割产生两个反射光波或两个透射光波的方法称为：分振幅法。典型的分波前干涉实验有杨氏干涉实验、菲涅尔双面镜、菲涅尔双棱镜等。典型的分振幅干涉实验有等倾干涉、等厚干涉。4、3.在相同时间内，同一单色光在空气和在玻璃中,A.传播的路程相等、光程相等.B,传播的路程相等、光程不相等.二传播的路程不相等、光程相等，D,传播的路程不相等、光程不相等心二、双光束干涉一分波前干涉、分振幅干涉1、分波前干涉---杨氏干涉1、杨氏干涉实验中，两缝后各置一个完全相同的偏振片，其偏振化方向与缝呈90。和0°角，则屏上干涉条纹，平均亮度。2、杨氏双缝干涉实验中，相邻亮条纹和暗条纹的间隔与下列哪一种因素无关。A、干涉级次B、光波长C、屏幕到双缝的距离。、双缝的间隔3、

在杨氏干涉实验中，分别调整幕距、波长或双孔距离时，干涉条纹间距会发生什么变化？屏幕远移・波长变大，双孔距离不变，则干涉条纹间距变小；屏幕不动，波长变大，双孔距离变小，则干涉条纹间距变小；屏幕近移，波长不变，双孔距离变大，则干涉条纹间距变小：以上都不对.4、两个相同的相|点光源S1和S2.发出波氏为X的光，A是它们连线的中.线I••的点•若SI马A之间插入叩度为c.折射率为n的玻璃片.则四光源发出的'0\'点.的咒程X：和对应的+IIW星分别为()(n-1)e和2兀(11-1)e/XB.ne和2nne:\C.(n+1)e和27t(n+l)e/XD.2(n-1)e和47t(n-l)e/X5、干涉场中点P附近的条纹清晰度采用来最度，即6、影响干涉条纹可见度的主要因素有两相干光束的振幅比、()和()。光波干涉场中的空间相干性与()有关，时间相干性与()有关。7、两列相干波的振幅比为4、1.5和0.2时，干涉条纹对比度分别是,、―8、刻画光源空间相千性的物理量是.A.相干长度B.相干时间A.相干长度B.相干时间C.相干面积D.光源面积两孔9、宽度为b的扩展光源照明，光波场的横向相干宽度为dt两孔的距离为d，光源的临界宽度为bAx10、光谱宽度为A2的准单色光源，能产生干涉条纹的最大光程差称为相干长度，为AmaxX2Ax11、氟同位素橙黄色谱线波长为605nm，谱线宽度为Av=384MHz，其相干长度为相干时间为：

AmaxX2Ax2、分振幅干涉--等倾干涉1、平行平板的等倾干涉图样定域在。A.无穷远B.平板上界面C.平板下界面。・自由空间2、.等倾干涉的光源一般为•A.点光源B.扩展光源C.平行光束D.单色光源3、等倾干涉图样中心圆环级次内—外_，干涉条纹内外。4、观察平行平板的等倾干涉圆条纹，靠近中心的条纹较（）,离中心越远条纹越（当平行板的厚度逐渐增大时，圆条纹的变化为（）•（说明：选择密或者疏填写）3、分振幅干涉--等厚干涉1、在《/%/%对称平板双光束干涉中，无论是等厚干涉还是等倾干涉，也无论是nx>n2还是％〈巧，两光束的相对（反射）相位跳变总是。2、A.等于;rB.等于0C.可以为兀也可以为。13.2、.观察楔形平板产生的等厚干涉，当光源在楔板的正上方时，定域面在楔板内，楔板的（）越小，定域面离板越越远；楔板的（）越小，定域面越接近于板的表面。3、如图所示，一光学平板玻璃A与待测工件B之间形成空气劈尖，如果将劈尖的空气换成水，且平行入射光有足够的相干长鹰波长和入射角度等条件不变，则总的等厚干涉条纹数量将A一。一一A.增加A.增加C.不变B.减少D.不确定4、如图所示，左图是干涉法检查平面示意图，右图是得到的干涉图样，则干涉图中条纹弯曲处的凹凸情况是―下凹。（填“上凸”或“下凹”）5、牛顿环实验中所观察到的条纹属涉条纹。（等倾或等厚）6、等倾干涉条纹与牛顿环实验观察到条纹的相同点：、，不同点。7、在白炽光入射的牛顿环中，同级圆环中相应于颜色兰到红的空间位置是。A.由外到里B.由里到外C・不变D.随机变化8、把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置，当平凸透镜慢慢地向上平移时，由反射光形成的牛顿环B。向中心收缩，条纹间隔不变向中心收缩，环心呈明暗交替变化向外扩张，环心呈明暗交替变化向外扩张，条纹间隔变大9、.入射光的谱线宽度以=0.1所，中心波长为0.55所，设液膜的介质折射率n=1.5,垂直入射时，能观察到液膜呈现的彩色等厚干涉图样，由此可以断定液膜可能的最大厚度约为皿。A.1B.2C.3D.44、分振幅干涉--干涉仪1、迈克尔逊干涉仪可动反光镜移动了0.310mm,干涉条纹移动了1250条，则所用单色光波长为。2、在光学零件检验中，常采用泰曼干涉仪产生的聋』干涉条纹对零件质量做综合检验。三、多光束的干涉--1、多光束干涉1、多光束干涉条纹的特点是同心圆环、内高外低、内疏外密、条纹细锐明亮；决定平行平板干涉属双光束干涉还是多光束干涉的关键因素是平板的oA.平行度B.厚度C.反射率D.折射率1±«JD\LfJJ.\J在平行平板双光束干涉和多光束干涉中，通常应用的oA.分别是反射光和透射光B.分别是透射光和反射光C.都是反射光D.都是透射光2、F-P干涉仪1、F-P腔两内腔面距离h增加时，其自由光谱范围△人。A.恒定不变B.增加C.下降D.=02、F-P腔反射率R增加时，条纹位相差半宽度、其分辨能力D。A.下降B.恒定不变C.趋于零D.增加3、当F-P腔两相对平行腔面间的距离增加时，其.A.分辨能力增强。B,分辨能力降低。C.自由光谱范围增大.D.最小可分辨波长差增大.4、在白光入射F-P腔形成的的干涉图样中，同一级彩色圆环中相应于颜色从兰色变化到红色的空间位置是A。A.由外到里B.由里到外C.不变D.随机变化5、F-P干涉仪条纹的精细度为S，相邻两条纹间的位相差距离2pi和条纹的位相差半宽度来表示条纹的锐度，进取决于反射率R。3、光学薄膜1、当单色平面波正入射至薄膜，薄膜的光学厚度为入/4,且n0Vn>nG，当介质膜的折射率为n、戒时，，此时薄膜的反射率有最小值，该膜称为增透膜。2、当单色平面波正入射至薄膜，薄膜的光学厚度为入/4,且n>nG>n0，此时薄膜的反射率有极大值，该膜称为增反膜。3、对于单层光学薄膜，增透膜和增反膜的光学厚度OA.分别为4和4B.分别为4和£c.都等于3D.都等于42442424、现有对于波长1.06pm入射光的2/4光学薄膜，且A〉％、n2,该光学薄膜对于波长0.53彻的入射光oA.增反B.增透C.产生全反射D.既不增反也不增透六、计算题1、杨氏干涉：3.1与3.4(画出杨氏干涉装置，已知孔距、屏距、条纹间距，求波长；添加透明薄片，干涉条纹移动，求薄片厚度；点源移动，求干涉条纹移动距离)杨氏双孔干涉实验中，两孔的间距为0.4mm，观察屏至小孔所在平面的距离为1m，在观察屏上测得干涉条纹的间距为1.5mm，回答下列问题：画出杨氏实验装置简图；(示意画出双缝干涉实验中，观察平面上干涉条纹的形状和分布)。试求入射光波的波长；若用折射率为1.5的透明薄片贴住其中一个小孔时，发现屏上条纹移动了2mm，则该薄片的厚度为多少？若点源向下移动2mm，干涉条纹如何变化？变化量为多少；若点源横向扩展成线光源，当干涉条纹消失时，光源的宽度(匕)为多少？2、分振幅干涉：3.18与3.20与3.30迈克尔逊干涉仪实验装置，由单色点源S,反射镜M「M2，分光板G1和补偿板G2组成。（1）画出干涉仪的光路图；（2）调整反射镜M2，使其经G1所成的虚像（M?与M1反射镜严格平行，干涉条纹实现的何种干涉？其干涉条纹形状与分布的特点；（3）若M1反射镜背向M；平行移动时，干涉条纹发生什么变化。采用氦-氖激光（632.8nm）照明，若中心吞入或涌出20个干涉条纹，则反射镜的平移量为多少。（4）调整反射镜M2，使其经G1所成的虚像（M2）与M1有一微小夹角a，则干涉仪实现的何种干涉？其干涉条纹形状和分布的特点；如何确定m=0干涉条纹的位置？（5）在两路分别设置长度为10cm的真空室，缓慢向其中一真空气室注入气体，条纹移动了100个，计算气体的折射率。3.22（楔形平板的等厚干涉）与3.23（平凸透镜的等厚干涉）3、F-P干涉仪与光学薄膜4.9（等倾干涉，计算焦点处的干涉仪、焦平面上能观察到多少亮条纹，半径最大亮条纹干涉级次与半径）与例题4.3（分辨本领，已知板面反射率为0.9,两入射波长平均值为546.074,则其最大波长差，及其能分辨的最小波长差）例4.4（光学薄膜）进阶：①5.用波长为589.3nm的钠黄光照明迈克耳逊干涉仪，先看到视场中有2个暗环，且中心是暗斑（中心暗斑不计入暗环数），移动平面镜Mi看到中心变换了10次（从暗变到亮再变回到暗算一次）后,此时视场中有0个暗环，忽略分束镜内、外反射的相位变化，求：（1）判断陆移动过程中条纹是向外“冒”还是向内“陷”；（2）平面镜划移动的距离；（3）移动前中心暗斑的干涉级次；_•'.•（4）,移动后中心暗斑的干涉级次。②在观察牛顿环时，由中心向外数，用波长为=633nm的第4个亮环与用波长人的第5个亮环重合，求波长％为多少？③已知F-P标准具分析谱线的超精细结构为546.0753rnn,546.0745nm,546.0734nm,546.0728nmo为能用F~P标准具分析这一谱线的结构，求标准具可能选取的最大间距。

两块光学平板玻璃之间的空气劈尖可构成光楔。现有A、B两只光楔，在封技时.其;中一只襟踹CC湖〉的两块破通间汶入1pm左有的牯结麻CC尊的两块破庆「可存在1pro左右的何祢〉另一只贝U扫转花美.两块玻玷在蛆核缝宙切接触.谪给出一种方法.在曰光下骚另U出这两JW光板〈险遂佥别方法制］原理，设曰波长A—O.SS^tm,AA=O.4"m⑤三、＜20分)•个川于榆於平板以供均勺VE的怏世如图反〒示，亢1刺D川户限;iiij平板I-.n勺涎此Ku不只，Jinhi火远可以观察平板不I，寸部f、z产:生白勺I沙条纹(、昨板nJ利I对光I州、昨移)oLI?I可:(1)平•板从R处移判A处时,|«J石至U白20个昭纹从中，!＞口山，|HjA、B网处对八V的平板M戍笑足多少？并次小I哪浙(2)WHJ此祈il'l勺龙潜宽JQ：为＜).O6nm.平均波K为6()()nm,|mJ能检*X土〃的平板?(假我平板的J7T引冲＜n=1.5)珏Pn珏PnNJI!NJI!三、＜1s分〉把I‘*个为z＞n＜j细*注网块-1‘玻m供的UL)fS)Myt;)ISzC.如图J卯小.，「:t内也)匕＜人=5893；)的i|k"JKt射卜小分位如图1力所，」；的「沙*纹.成求幻为多小？..h(20分)用钠光589.3”m观察迈克耳逊干涉条纹，先看到干涉场中有12朋亮环，且中心是亮的：移动平面