第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.2 20.2 薄膜干涉薄膜干涉第二种获得相干光的方法第二种获得相干光的方法-分振幅法分振幅法 I1、I2 两条反射光线来自同两条反射光线来自同一入射光线，满足相干条件。一入射光线，满足相干条件。两条光线的光程差与厚度两条光线的光程差与厚度 e 和和入射角入射角 有关。有关。分振幅法分振幅法等厚干涉等厚干涉- e 变化变化等倾干涉等倾干涉-变化变化薄膜干涉薄膜干涉-媒质的厚度媒质的厚度 e 很小的情况。很小的情况。第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.2.1 20.2.1 劈尖的干涉劈尖的干涉1、劈尖的组成、劈尖的组成棱边棱边两条反射线两条反射线 b1、b2对于空气劈尖：对于空气劈尖： b1 无半波损失无半波损失 b2 有半波损失有半波损失式中式中 n 为空气的折射率为空气的折射率光程差光程差劈尖角劈尖角第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学暗条纹中心暗条纹中心明条纹中心明条纹中心 为一系列平行于棱边的等间距的平行条纹；每条明纹或为一系列平行于棱边的等间距的平行条纹；每条明纹或暗纹与一定的薄膜厚度暗纹与一定的薄膜厚度 e 相对应，因而称为相对应，因而称为等厚条纹等厚条纹。棱边处为暗条纹：棱边处为暗条纹：干涉图样：干涉图样：2、劈尖的干涉条纹、劈尖的干涉条纹第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学暗条纹间距：暗条纹间距：第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学艾萨克艾萨克艾萨克艾萨克 牛顿牛顿牛顿牛顿( ( ( (英英英英) ) ) )20.2.2 20.2.2 牛顿环的干涉牛顿环的干涉牛顿环的干涉图样牛顿环的干涉图样第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学牛顿环的构成及干涉图样牛顿环的构成及干涉图样平板玻璃、平凸透镜平板玻璃、平凸透镜R 平凸透镜的曲率半径平凸透镜的曲率半径r 透镜的半径透镜的半径e 两块透镜间的空气层的厚度两块透镜间的空气层的厚度单色平行光垂直入射，形成两单色平行光垂直入射，形成两条反射光，满足相干条件。条反射光，满足相干条件。第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学暗环纹暗环纹明环纹明环纹明暗相间的同心圆环，明暗相间的同心圆环，里疏外密。里疏外密。干涉图样干涉图样:形成中心暗斑形成中心暗斑明环条纹半径：明环条纹半径：第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学暗环纹之间的距离：暗环纹之间的距离：牛顿环条纹特点：牛顿环条纹特点：1、同心圆环，、同心圆环，k 大、大、 r 大大2、内疏外密，、内疏外密，k 大、大、 r 小小3、反射光干涉条纹，中心为暗斑、反射光干涉条纹，中心为暗斑 透射光干涉条纹，中心为亮斑透射光干涉条纹，中心为亮斑暗环条纹半径：暗环条纹半径：第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.2.3 20.2.3 薄膜光学薄膜光学-增透膜、增反膜增透膜、增反膜薄膜光学是薄膜光学是 20 世纪世纪 60 年代兴起的一门应用光学技术。年代兴起的一门应用光学技术。生活中的例子：生活中的例子： 水面上的油膜、肥皂泡在阳光下呈现美丽的水面上的油膜、肥皂泡在阳光下呈现美丽的彩色彩色。 上述现象是由于薄膜的干涉形成的。上述现象是由于薄膜的干涉形成的。启启 示：示：不同的薄膜厚度，可将特定波长的反射光加强或减弱不同的薄膜厚度，可将特定波长的反射光加强或减弱!现代技术应用现代技术应用-真空镀膜技术真空镀膜技术玻璃玻璃镀膜镀膜空气空气称为低膜称为低膜称为高膜称为高膜第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学真空镀膜技术真空镀膜技术适当的选取适当的选取可以使得某种波长的光可以使得某种波长的光b1、b2 相互加强相互加强c1、c2 相互减弱相互减弱增反膜增反膜b1、b2 相互减弱相互减弱c1、c2 相互加强相互加强增透膜增透膜光的能量：光的能量：入射入射=反射反射+ 透射透射 + 吸收吸收某些场合希望透射光加强，某些场合希望透射光加强， 例如：各种摄像镜头；例如：各种摄像镜头；某些场合希望反射光加强，某些场合希望反射光加强， 例如：高档轿车的车窗。例如：高档轿车的车窗。第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学1、增透膜、增透膜b1、b2 都有半波损失都有半波损失反射光的光程差：反射光的光程差：反射光最弱反射光最弱理论上可以证明，当理论上可以证明，当 时时c1 无半波损失，无半波损失，c2 有半波损失，透射光满足加强条件：有半波损失，透射光满足加强条件：选用材料：选用材料：第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学2、增反膜、增反膜实验表明：实验表明： 越大、反射越强越大、反射越强实际采用实际采用 ZnSb1 有半波损失，有半波损失，b2 无半波损失无半波损失反射光加强反射光加强透射光减弱透射光减弱第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.2.4 20.2.4 等倾干涉等倾干涉平行光垂直入射，平行光垂直入射，入射角不变入射角不变；两条反射光线的光程差随两条反射光线的光程差随薄膜厚度变化薄膜厚度变化；每一条干涉条纹与一定的薄膜厚度相对应。每一条干涉条纹与一定的薄膜厚度相对应。薄膜厚度均匀薄膜厚度均匀，e 为常量；为常量；两条反射光线的光程差随光线两条反射光线的光程差随光线入射角变化入射角变化；每一条干涉条纹与一定的光线入射角相对应。每一条干涉条纹与一定的光线入射角相对应。等厚干涉等厚干涉等倾干涉等倾干涉第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学明条纹明条纹暗条纹暗条纹式中式中 都是常量，只有入射角都是常量，只有入射角 i 是变量是变量倾角相同的入射光线，反射光线的光程差相等；倾角相同的入射光线，反射光线的光程差相等；或者说，对于同一级干涉条纹，各点对应同一倾角；或者说，对于同一级干涉条纹，各点对应同一倾角；因此，称为因此，称为等倾条纹等倾条纹。由于：由于：第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学20.3 20.3 干涉仪及其应用干涉仪及其应用 利用光的干涉原理制成的仪器有很多种，其中迈克尔逊利用光的干涉原理制成的仪器有很多种，其中迈克尔逊干涉仪最具有代表性，其他干涉仪可以看成是迈克尔逊干干涉仪最具有代表性，其他干涉仪可以看成是迈克尔逊干涉仪的变种。涉仪的变种。20.3.1 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪 在相互垂直的两臂上安装两在相互垂直的两臂上安装两块精密磨光的平面镜块精密磨光的平面镜 M1、M2M1 位置固定、方向可调位置固定、方向可调M2 方向固定、位置固定在精密丝方向固定、位置固定在精密丝杠上杠上(精度精度 100 nm)，位置可调，位置可调第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学光源放在光源放在 S 点，在点，在 E 点可以产生干涉条纹；点可以产生干涉条纹； 使用材料与使用材料与G1 完全相同；完全相同；其作用是使两束光都三次其作用是使两束光都三次通过玻璃板，从而消除玻通过玻璃板，从而消除玻璃板对各种波长光程差的璃板对各种波长光程差的影响。影响。 G2 补偿镜补偿镜G1 半反射镜半反射镜50% 反射，反射，50% 透射透射因而干涉图样相当于因而干涉图样相当于 之间的空气膜产生的。之间的空气膜产生的。由于由于 G1 的反射，的反射，M1 的反射光线如同的反射光线如同 反射的一样；反射的一样；第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学不平行时，为等厚不平行时，为等厚(劈尖劈尖)条纹；条纹；平行时，为等倾条纹；平行时，为等倾条纹；M2 前后移动前后移动 距离，距离， 改变改变 ，干涉条纹移动一条；，干涉条纹移动一条；M2 移动距离移动距离 d , 条纹移动条纹移动 N 条条用于精密测量，已知两者求其三用于精密测量，已知两者求其三两光路的光程差两光路的光程差第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学第二十章第二十章 光的干涉光的干涉第四篇第四篇 波动光学波动光学例题例题-1一透明介质，一透明介质，n=1.4 ，放在迈克耳逊干涉仪的一臂上，放在迈克耳逊干涉仪的一臂上，加入介质前后条纹移动加入介质前后条纹移动 7 条。条。已知：已知：求：透明介质的厚度求：透明介质的厚度解：加入介质前解：加入介质前加入介质后加入介质后光程差改变光程差改变