光學(xué)教學(xué)課件：chapt3-6_Interference approaches

1、13-6 實(shí)現(xiàn)干涉的途徑將一個(gè)光源的一束光波分割成兩束或多束，使其重新相互交會(huì)，在交會(huì)區(qū)域可能產(chǎn)生干涉條紋.波前分割法 楊氏干涉振幅分割法等傾干涉、等厚干涉光波的分割方法：23-6-1 波前分割法(Wavefront splitting) 圖示: Young干涉中的波前分割SS1S23 非定域條紋(nonlocalized fringe) 波前分割雙光束干涉Fresnel 雙面鏡Fresnel 雙棱鏡Lloyd鏡Billet對(duì)剖透鏡43-6-2 振幅分割法(Amplitude splitting)常見的分振幅干涉現(xiàn)象光和膜是本類干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的兩個(gè)必要條件。53-6-2 振幅分割法(Amplit

2、ude splitting)薄膜干涉 1. 薄膜表面的反射和折射 nnaatarnnaatar反射系數(shù) 透射系數(shù)關(guān)系式：6aarnnatnnarnnat逆向光逆向光光路可逆性原理artarratrattaarnnatarrarnnatartatratt返回7A反射系數(shù) 透射系數(shù)iiq8圖示：薄膜表面的反射和折射 對(duì)透明薄膜，入射角不太大時(shí)，反射率較小23411234aaratattatratr2atrtatr2tatr3atr3tatr4atr4tnnn9112345432透明薄膜反射光的干涉主要為 1 和 2 之間的雙光束干涉同理，透射光的干涉也可近似看作為雙光束干涉例如，透明玻璃 透明薄膜

3、，入射角不大時(shí)，反射率很小(m=2)I0=a2102薄膜干涉的規(guī)律-a. 反射光的干涉 qiABCnnn半波損失 aarattr兩個(gè)反射光波之間的光程差（位相差）tDi3-6-2 振幅分割法(Amplitude splitting)薄膜干涉 11干涉亮條紋： 干涉暗條紋： qinnnaarattrt12干涉條紋的對(duì)比度： 雙光束干涉 :qnaarattrt薄膜反射干涉 ： 和13qnaarattrt透明薄膜的反射率 R = r 2 很小V 1例如 r2 = 0.04時(shí) Ird14b. 透射光的干涉 qABCnnnaattr2atttD兩透射光波之間的位相差：無(wú)半波損失 干涉亮條紋： 暗條紋：

4、15qABCnnnaattr2atttDItd透明膜：反射率 R = r2很小， 很小16IrdItd透射光：圖示：透明薄膜的干涉強(qiáng)度分布反射光：暗背景亮背景對(duì)透明薄膜, 通常觀察反射光中的干涉條紋17反射干涉 透射干涉 光程差決定于膜厚、傾角nnnaattr2atttqinnnaarattrtiq反射光的干涉透射光的干涉183.等傾干涉(Interference of equal inclination)- 膜厚 t 恒定 只決定于入射角同一級(jí)干涉條紋由 相同入射角的光束干涉形成i) 等傾條紋;ii) 定域于無(wú)窮遠(yuǎn)或透鏡后焦面上qnnnt19*S1S2S3單色光源tn等傾干涉 條紋屏薄膜透鏡

5、等傾干涉可用面光源照明2022/7/5(1)傾角i相同的光線對(duì)應(yīng)同一條干涉圓環(huán)條紋干涉條紋特征：(2)不同傾角i構(gòu)成的等傾條紋是一系列同心圓環(huán)(3)愈往中心，條紋級(jí)別愈高t一定時(shí)，*若改變t即：中心O點(diǎn)處的干涉級(jí)最高t中心向外冒條紋t中心向內(nèi)吞條紋(4)條紋間隔分布：內(nèi)疏外密kg(5)光源是白光ikrl彩色干涉條紋L fPo r環(huán)n1n1n iSi 21圖示：點(diǎn)光源和面光源照明 面光源等傾干涉容許面光源照明224.等厚干涉(Interference of equal thickness)- 傾角q 恒定 等厚條紋; 定域于膜表面附近 圖示：等厚條紋的形成 只決定于膜厚同級(jí)干涉條紋由相同厚度處的

6、兩反射光束形成等厚干涉可用面光源照明23一般情況下，光源到膜的距離遠(yuǎn)大于膜的大小和光源的大小，對(duì)于有限大小的面光源，膜上某點(diǎn)處來(lái)自光源上不同點(diǎn)的光線的光程差主要決定于該點(diǎn)的膜厚。 等厚干涉可用面光源照明24圖示：等厚干涉圖 25肥皂膜的干涉26一束白光從左側(cè)射入肥皂薄膜，下列說法中正確的是： A、人從右側(cè)向左看，可看到彩色條紋 B、人從左側(cè)向右看，可看到彩色條紋 C、彩色條紋水平排列 D、彩色條紋豎直排列 思 考思 考27在實(shí)際應(yīng)用中常常碰到這樣的情況， 產(chǎn)生 干涉的 薄膜 是 夾在 兩個(gè) 固體介質(zhì)之間的空氣層， 這里有 四個(gè) 反色面，為什么只考慮 兩個(gè)面 II,III。思 考28窗戶玻璃有兩

7、個(gè)表面， 為什么我們從來(lái)看不到干涉， 估計(jì)薄膜厚度到多少，我們?nèi)庋劭床灰姼缮鏃l紋29劈形膜(wedge film)的干涉條紋圖示：兩平板玻璃間形成的劈形膜 平板玻璃空氣膜 n = 1入射光(單色平行光垂直入射)30干涉亮條紋：x平行于Y方向的平行條紋y條紋的疏密: 等間距的平行條紋 31圖示：兩平板玻璃間劈形膜的干涉條紋圖32圖示：平板平整度的檢測(cè) 條紋？條紋條紋亮條紋位置：332022/7/5* 等厚條紋的應(yīng)用* 劈尖的應(yīng)用 條紋間距 測(cè)波長(zhǎng)：已知、n，測(cè)L可得 測(cè)折射率：已知、，測(cè)L可得n 測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化h待測(cè)塊規(guī)標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)玻璃 測(cè)表面平行度等厚條紋待測(cè)工件標(biāo)準(zhǔn)件入射光(單色平行

8、光垂直入射)思 考35下圖是用來(lái)檢驗(yàn)滾珠質(zhì)量的干涉裝置，兩塊平板玻璃之間放3個(gè)滾珠，在鈉黃光垂直照射，得到干涉條紋， 請(qǐng)問可以就以下干涉條紋得到什么結(jié)論，用什么辦法可以進(jìn)一步判斷大小36圖示：Newton 環(huán)的形成 等厚干涉條紋- 牛頓環(huán)(Newtons rings) 37圖示：Newton 環(huán)實(shí)驗(yàn)的參數(shù) 空氣膜很薄 r, t R, 正人射 cosq 138亮條紋：暗條紋 中心處 r = 0球面半徑 和測(cè)出Newton環(huán)半徑即可確定球面半徑39圖示：利用Newton 環(huán)原理檢測(cè)工件表面40現(xiàn)象現(xiàn)象41實(shí)驗(yàn)裝置42薄膜干涉光程差決定于膜厚、傾角qnaarattrtnaattr2atttq等傾等厚43 光學(xué)鏡頭為減少反射光，通常要鍍?cè)鐾改?。薄膜干涉的?yīng)用1.增透膜 在光學(xué)器件中，由于表面上的反射與透射，在器件表面要鍍膜，來(lái)改變反射與透射光的比例。可有增透膜，增反膜。例如：較高級(jí)的照相機(jī)的鏡頭由 6 個(gè)透鏡組成，如不采取有效措施，反射造成的光能損失可達(dá) 45%90%。為增強(qiáng)透光，要鍍?cè)鐾改?，或減反膜。復(fù)雜的光學(xué)鏡頭采用增透膜可使光通量增加 10 倍。44 光學(xué)鏡頭為減少透光量，增加反射光，通常要鍍?cè)龇茨?。使兩束反射光滿足干涉加強(qiáng)條件：2.增反膜由于反射光最小，透射光便最強(qiáng)。增反膜是使膜上下兩表面的反射光滿足干涉相長(zhǎng)條件。增透膜是使膜上下