光学-干涉　课件

第二部分光的干涉*§14-9迈克耳孙干涉仪§14-8由分振幅法产生的光的干涉§14-7由分波阵面法产生的光的干涉§14-6光源光的相干性一、光源发射光波的物体1.热辐射加热维持物体的温度，辐射就能持续进行下去光波就是电磁波，任何物体都辐射电磁波白炽灯太阳§14–6光源光的相干性称为热辐射3.同步辐射光源运动的电子迅速损失能量产生的辐射优异的准直性和易脉冲化等特性应用：为晶体结构研究，生物大分子和生物蛋白的结构研究提供了高性能的光源北京的正负电子对撞机可提供同步辐射光在同步辐射加速器中速度接近光速作环形特点：方向性好、亮度高，还具有连续性、1.普通光源（非激光光源）的发光机理动方向一定、振幅不变或缓慢变化的正弦波波列波列长L=c二、光的相干性每一波列持续时间约为或分子运动状态改变时发出波列长度的数量级为L=0.1m两波列的干涉现象无法觉察普通光源发出的光是由构成光源的大量原子原子发出的每一列光波是一段有限长的、振因波列持续时间过短振动方向和频率不一定相同，相位间无固定关系不同原子发的光同一原子先后发的光同一原子不同原子频率相同，振动方向相同，在相遇点有恒定相位差结论：两个独立光源发出的光波或同一光源

两列波为相干波的条件：发出的波列先后发出的波列两部分发出的光波在相遇区观察不到干涉现象通常产生相干光源的两种方法：

分波阵面法

分振幅法光的波阵面分成两部分和透射将入射光的振幅分成两部分利用并排的孔或缝或利用反射和折射将入射利用两种透明介质的分界面对入射光的反射3.目前最好的相干光源——激光光源激光的波列长度比普通光源长得多，例如氦氖激光器产生的激光相干长度可达几千米，再加上良好的单色性和方向性等，能产生易于观察和测量的干涉现象一个正在辐射激光的激光器激光产生的全息图像一、杨氏双缝实验S1S2S接收屏上形成的干涉图样狭缝视为缝光源光源双缝接收屏位于同一波阵面上，相位相同，成为相干光源，§14-7由分波阵面法产生的光的干涉发出的子波在相遇区发生干涉缝光源S产生柱面波，双缝S1和S2与S等距，若即初相相同的两相干波叠加后加强与减弱的条件为合振幅最大合振幅最小出现亮条纹若即出现暗条纹亮条纹级次暗条纹级次2.杨氏双缝干涉的特点单色光干涉，相邻亮条纹（或暗条纹）的间距为干涉条纹等距离分布白光干涉，只有中央亮条纹是白色，其他条纹发生重叠，形成彩色条纹亮条纹间距暗条纹间距中央亮纹干涉条纹间距与单色光波长成正比二、菲涅耳双镜实验S1和S2相当于相邻亮条纹（或暗条纹）的间距为出现亮暗条纹的条件光源接收屏M1中镜像M2中镜像镜面两个相干光源与杨氏实验结果的类似三、劳埃德镜实验平面镜MM'下表面涂黑，光仅从上表面反射S和S'相当于两个相干光源实验结果表明：杨氏实验结果光源MM'中镜像小平面镜接收屏此处出现暗条纹称为半波损失反射光相位改变了干涉条纹类似于光从光疏介质向光密介质表面入射时理论和实验证明：n2n1正入射n2>n1掠入射法线则反射光的相位改变

，即出现半波损失如果入射角接近0º（正入射）或接近90º（掠入射）(折射率较小)(折射率大)例题14-2劳埃德镜线光源S1到镜面的垂距为S1S2MM'dABOCD(1)由三角形相似，有OA=3mm，OB=0.333mm得解求相邻亮条纹间距及屏上能观察到的亮纹数？干涉区上下边到屏中心距离OA和OB；(2)l=600nm,1mm，D为1.5m，MM'=D/2，M'O为D/4。(1)求第一级亮纹位置x1=0.225mm<OB，在干涉区外将OB=0.333mm代入，得将OA=3mm代入，得k=7.17所以在屏上可以看到2，3，4，5，6和7级观察不到！共6条干涉亮纹油膜肥皂泡§14-8由分振幅法产生的光的干涉相遇而产生干涉，这种干涉也叫薄膜干涉经反射，把入射光的振幅分解为两部分分振幅法利用薄膜的两个表面一、平行平面膜产生的干涉光线2和光线3的光程差为123ABC面光源薄膜透镜Nr光程差为dn3=1.50n2=1.38n1=1空气MgF2玻璃12平行平面薄膜干涉的应用为减弱反射光照相机镜头n2d为光学厚度增透膜在光学元件表面镀的一层厚度适当的透明介质膜反射光互相减弱时（约为入射光的1.3%）增透膜用于冷光镜对红外光增透，降低光线的热效应增透膜红外光可见光反光镜例如对波长0=550nm的绿光，当光学厚度为n2d=30/4=412nm时，反射率最小，但此时该薄膜对其它波长的光，反射率一般不是最小。如用在电影放映机的光源上在厚度d处出现亮、暗纹的条件为对应于各级亮、暗纹的厚度分别为棱边处为暗纹棱边处为亮纹两反射光间有半波光程差两反射光间无半波光程差劈尖中流体的折射率和其两侧介质折射率的影响为劈尖夹角，有如下关系式lθdkdk+1ndk+1-dk两相邻亮纹间距两相邻亮纹处劈尖厚度差设l表示两相邻的亮纹或暗纹之间距离不同波长的光其干涉条纹宽度不同讨论：同一干涉条纹具有相同厚度同一波长的入射光，越小，l越大（条纹越宽）因而当劈尖表面凸凹不平时，会出现条纹弯曲越大，l越小（条纹越细）波长越长，条纹越宽两块标准平晶产生的等厚干涉条纹两块表面有缺陷平晶产生的等厚干涉条纹例题14-3制造半导体元件时，常需要精确测定硅片上二氧化硅(SiO2)薄膜的厚度d'，这可用化学方法把SiO2薄膜的一部分腐蚀成劈尖形，若单色光从空气垂直入射，已知入射光波长λ=589.3nm，SiO2的折射率n=1.5，Si的折射率为3.42，若观察到如图所示的7条亮纹，问SiO2膜的厚度d'=？SiO2Sid

'解空气相对于SiO2是光疏介质，同样，SiO2相对于Si也是光疏介质，所以，在SiO2薄膜上下表面反射的两光之间半波损失效果互抵。在膜厚为d处光程差为当时出现亮纹，该处膜厚为因d'处k=6，对应膜厚为SiO2Sid'读数显微镜半反镜光源平凸透镜平板玻璃三、牛顿环透射环反射环上式可略去高阶小量d2

drRCO由几何关系得为r

处的薄膜厚度为d设平凸镜球面的球心为C，半径为R，距O

得通常R>>d

亮环暗环亮环暗环或设薄膜折射率为n，则在有半波损失时的光程差如果反射有半波损失，则中心处为暗斑特点：条纹的间距是中间大边缘小条纹的级次是中间小边缘高否则为亮斑入射光经半反膜后分成两束，G1、G2是平行放置的平板玻璃，其中G2是补偿板。M

1、M2是两个全反镜，一般相互垂直M122'11'S半透半反膜M2M1G1G2E*§14-9