第二章第四節(jié)2.4平板的雙光束干涉-鄧冬梅.ppt

第四節(jié)平板的雙光束干涉 第二節(jié)中討論了分波前干涉 這類(lèi)干涉 由于空間相干性的限制 即分波前干涉法的干涉孔徑角 總有一定大小 而且有 b 條件 只能使用有限大小的光源 實(shí)際應(yīng)用中往往不能滿足對(duì)條紋亮度的要求 激光光源除外 為了使用擴(kuò)展光源 必須實(shí)現(xiàn) 0的干涉 這就是本節(jié)要討論的平板的分振幅干涉 平板的分振幅干涉利用平板的兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射和透射 使入射光的振幅分解成兩部分 這兩部分光波相遇產(chǎn)生干涉 使得在使用擴(kuò)展光源的同時(shí) 可保持有清晰的條紋 解決了分波前干涉中發(fā)生的條紋的亮度與條紋可見(jiàn)度的矛盾 分振幅干涉概述 分振幅干涉 一列波按振幅的不同被分成兩部分 次波 兩次波各自走過(guò)不同的光程后 重新疊加并發(fā)生干涉 常見(jiàn)的分振幅方法 光學(xué)介質(zhì)分界面的反射和折射 常見(jiàn)的分振幅干涉 等傾干涉 等厚干涉 劈尖 牛頓環(huán) 等厚 平面平行 膜產(chǎn)生等傾干涉圓條紋 分光性質(zhì) 振幅分割兩個(gè)干涉的點(diǎn)源 兩個(gè)反射面對(duì)S點(diǎn)的象S1和S2 S D E P F 平行平板的分振幅干涉 一 干涉條紋的定域 定域區(qū) 能夠得到清晰干涉條紋的區(qū)域 稱為定域區(qū) 該區(qū)域若對(duì)應(yīng)平面或曲面則稱為定域面 非定域干涉 兩單色相干點(diǎn)源在空間任意一點(diǎn)相遇 總有一個(gè)確定的光程差 從而產(chǎn)生一定的強(qiáng)度分布 并都能觀察到清晰的干涉條紋 這種干涉稱為非定域干涉 在擴(kuò)展光源的情況下 在空間任意一點(diǎn) 由光源上不同點(diǎn)源出發(fā)到達(dá)該點(diǎn)的產(chǎn)生雙光束干涉的兩支相干光的光程差不同 從而在該點(diǎn)引入了光程差變化 在 4的那些區(qū)域 條紋可見(jiàn)度下降 觀察不到清晰的干涉條紋 而在 4的那些區(qū)域 盡管采用了擴(kuò)展光源 條紋仍保持有高的可見(jiàn)度 定域干涉是和擴(kuò)展光源的使用聯(lián)系在一起的 他本質(zhì)上是一個(gè)空間相干性的問(wèn)題 由于分振幅干涉是實(shí)現(xiàn) 0的干涉 因此條紋的定域區(qū)可以根據(jù)在照明場(chǎng)中對(duì)應(yīng)于 0的光線通過(guò)干涉系統(tǒng)后在干涉場(chǎng)中的交點(diǎn)的軌跡來(lái)確定 二 平行平板 Plane ParallelPlates 干涉 等傾干涉Interferenceofequalinclination 1 光程差計(jì)算 S D E P F 平行平板的分振幅干涉 P點(diǎn)處的強(qiáng)度為 式中I1 I2是兩相干光各自在P點(diǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)度 是兩相干光在P點(diǎn)的光程差 式中n和n 分別是平板折射率和周?chē)橘|(zhì)的折射率 由于周?chē)橘|(zhì)折射率一致 所以兩個(gè)表面的反射光中有一支光發(fā)生 半波損失 應(yīng)當(dāng)再考慮由反射引起的附加光程差 2 在平行平板的干涉中 光程差只取決于折射角 2 相同 2 從而有相同入射角 1 的入射光構(gòu)成同一條紋 故稱等傾條紋 2 平板干涉裝置注意 采用擴(kuò)展光源 條紋域在無(wú)窮遠(yuǎn) 條紋成象在透鏡的焦平面上 產(chǎn)生等傾條紋的裝置 3 條紋分析 Fringesofequalinclination 中央條紋寬 邊緣條紋窄 平板越厚 條紋也越密 5 反射光條紋和透射光條紋互補(bǔ) 平行平板干涉的反射光條紋和透射光條紋 a b 反射光干涉及條紋對(duì)比度 c d 透射光干涉及條紋對(duì)比度 二 應(yīng)用1 增透膜 光在膜的上下表面反射時(shí)都有半波損失 反射光干涉相消時(shí)有 膜的最小厚度為 或 光學(xué)厚度 此時(shí)透射光增強(qiáng) 即光學(xué)厚度為某一波長(zhǎng)的1 4時(shí) 則膜為該波長(zhǎng)的增透膜 2 高反射膜 光在每層膜的上下表面反射時(shí)只有一個(gè)面有半波損失 第一層 最小光學(xué)厚度為 第二層 最小光學(xué)厚度為 即每層膜的光學(xué)厚度都為 4時(shí) 可得到該波長(zhǎng)的高反射膜 二 楔形平板干涉 等厚干涉Interferenceofequalthickness 圖12 16用擴(kuò)展光源時(shí)楔行平板產(chǎn)生的定域條紋a 定域面在板上方b 定域面在板內(nèi)c 定域面在板下方 1 定域面的位置和定域深度 楔形平板干涉 兩個(gè)不平行平面的分振幅干涉稱為楔形平板干涉 圖12 18楔形平板的干涉 2 光程差計(jì)算 式中n為楔形平板的折射率 n 為周?chē)橘|(zhì)的折射率 垂直入射時(shí) 光程差是厚度h的函數(shù) 在同一厚度的位置形成同一級(jí)條紋 板的厚度一般很小 且楔角也不大 圖12 19觀察板上等厚條紋的一種實(shí)用系統(tǒng) 劈尖干涉 空氣隙劈尖 明暗條件 等厚條紋 d 1 劈尖愈厚處條紋級(jí)別越高 2 棱邊處d 0 對(duì)應(yīng)著暗紋 3 相鄰兩明 暗 紋間對(duì)應(yīng)的厚度差為 d 暗紋 討論 由上式看出 越小 越大 條紋愈清晰 4 明 暗 紋間距L Lsin d 1 對(duì)于折射率均勻的楔形平板 條紋平行于楔棱 Dh 2 3 4 劈尖上表面向上平移 干涉條紋間距不變 條紋向棱邊移動(dòng) 反之條紋向相反方向移動(dòng) 對(duì)空氣層 平移距離時(shí)有一條條紋移過(guò) 例 如何判斷兩個(gè)直徑相差很小的滾珠的大小 測(cè)量工具 兩塊平板玻璃 說(shuō)明 1珠小 說(shuō)明 1珠大 若發(fā)