第二十四講物理光學(xué)

第二十四講物理光學(xué)第1頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第十二章光的干涉和干涉系統(tǒng)第2頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1.裝置結(jié)構(gòu)及相干條件分析第二節(jié)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)第3頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月裝置的尺度：S1和S2面積相等，d：10-4米量級(jí),孔直徑：10-5～10-4米量級(jí)，整個(gè)裝置對(duì)稱.D：米量級(jí)，a：10-2～10-1米量級(jí).第4頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月首先考慮光源中一個(gè)原子的一次發(fā)光．S是光源的波面上一小的面元，根據(jù)惠更斯原理，它可作為次級(jí)子波源，發(fā)出球面次波．相干條件：第5頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

在雙孔后的空間，是相干光波的交疊區(qū)，形成干涉．這種干涉，相干光波來自同一原子的發(fā)光，叫做自相干．

雙光束干涉，干涉場中某點(diǎn)的光強(qiáng)，與該點(diǎn)到兩光源的距離有關(guān)．因此，光強(qiáng)有穩(wěn)定的空間分布．

在干涉場中距離雙孔不太近，又不太遠(yuǎn)的區(qū)域，處處有干涉．這種干涉稱為不定域干涉．

S1,S2是同一波面上的兩個(gè)面元，作為次級(jí)子波源，它們來自同一個(gè)原子的同一次發(fā)光，因此具有相同的頻率，相同的初相，相同的振動(dòng)方向，是相干光源．

第6頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月２.屏幕上光強(qiáng)分布規(guī)律屏幕上P點(diǎn)光強(qiáng)為：S1S2dDXOPCn=1XI-1級(jí)暗紋2級(jí)暗紋1級(jí)暗紋-2級(jí)暗紋1級(jí)明紋0級(jí)明紋-1級(jí)明紋2級(jí)明紋-2級(jí)明紋第7頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月亮條紋：暗條紋：

條紋間距：相鄰兩明或暗條紋中心之間線距離第8頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月屏幕上的條紋間距與波長成正比，與D成正比，與雙孔(縫)間距d成反比．、D、d變化時(shí)，零級(jí)條紋中心的位置不變．結(jié)論：1：2：條紋間距：相鄰兩明或暗條紋中心之間線距離He-Ne激光：波長0.6328um,d=1mm,D=2m:e=1.3mm第9頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.光強(qiáng)分布曲線第10頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月012k-1-2012-1-2012-1-2若用白光作光源，不同波長的零級(jí)干涉極大重疊在屏幕中央，是白色，帶彩邊．其他級(jí)次，不同波長的同一級(jí)次出現(xiàn)在不同的位置．4.白光干涉條紋僅以三種波長為例：第11頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

較低級(jí)次形成彩色條紋，級(jí)次越高，條紋重疊得越厲害，條紋由屏幕中心向兩邊逐漸模糊，較高級(jí)次條紋消失。IX高干涉級(jí)的條紋看不清了第12頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月XI白光入射楊氏干涉S1S2dDXOP-1級(jí)暗紋2級(jí)暗紋1級(jí)暗紋-2級(jí)暗紋1級(jí)明紋0級(jí)明紋-1級(jí)明紋2級(jí)明紋-2級(jí)明紋C第13頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生干涉的必要條件：1.頻率相同2.振動(dòng)方向相同3.相位差恒定補(bǔ)充條件：兩光束的振幅盡可能接近(提高對(duì)比度)傳播方向的夾角不要太大(影響條紋清晰度)3.光程差小于波列長度第14頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月相干疊加保持恒定的光波的疊加第15頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月r1r2S1S2S縱截面圖第16頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月光的干涉在歷史上曾作為光的波動(dòng)性的重要例證。日常中見到的薄膜干涉現(xiàn)象：

肥皂泡上的彩色、油膜的彩色、昆蟲翅膀的彩色…

地面彩色油膜第17頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月通過分波前法(分波面法)和分振幅法獲得相干光波普通光源

獲得相干光的方法：

“將光源上同一原子同一次發(fā)的光分成兩部分，再使它們疊加”第18頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月剖面圖分波面法r1r2S1S2S縱截面圖屏雙縫單縫第19頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月分振幅法等傾干涉SP薄膜SP透鏡剖面圖透鏡第20頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月干涉場：是指觀察屏幕、目鏡焦平面或照相底片所在平面第21頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二．兩個(gè)單色相干光源在空間形成的干涉場

兩點(diǎn)光源形成的干涉場是空間分布的；干涉條紋是空間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光源的等光程差的軌跡干涉場：是指觀察屏幕、目鏡焦平面或照相底片所在平面對(duì)于亮條紋，；有第二節(jié)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)第22頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月局部位置條紋在三維空間中，干涉結(jié)果：等光程差面兩點(diǎn)源在三維空間中的干涉情況第二節(jié)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)第23頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)干涉條紋的可見度干涉場某點(diǎn)附近干涉條紋的可見度定義如下：可見度表征了干涉場某處條紋亮暗反差程度，式中和分別是做考察位置附近的最大光強(qiáng)和最小光強(qiáng)。令和，分別得：最大光強(qiáng)最小光強(qiáng)光強(qiáng)分布第24頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月由可見度的定義得：光強(qiáng)分布可表示為綜上：求得余弦光強(qiáng)分布并將其常數(shù)項(xiàng)歸１，余弦部分的振幅（調(diào)制度）即為條紋的可見度影響干涉條紋可見度的主要因素有兩相干光波的振幅比、光源的大小和光源的非單色性一．兩相干光束振幅比的影響第三節(jié)干涉條紋的可見度目視干涉儀：K>0.75好

K>0.5滿意

K=0.1可辨認(rèn)第25頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)干涉條紋的可見度上式表明：①兩干涉光束的振幅比對(duì)可見度有影響②當(dāng)時(shí)，。對(duì)比度最好③當(dāng)時(shí)，。兩光波的振幅相差越大，越?。梢姸仍降停┑?6頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際光源為擴(kuò)展光源，可認(rèn)為是許多不相干點(diǎn)源的集合。在干涉儀器中，擴(kuò)展光源上的每一點(diǎn)源經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)都各自形成一組余弦條紋，并在屏幕上疊加，如右圖，疊加后干涉條紋的可見度將會(huì)下降。二．光源大小的影響和空間相干性多組條紋的疊加第三節(jié)干涉條紋的可見度第27頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月１．條紋可見度隨光源大小的變化將擴(kuò)展光源細(xì)分為強(qiáng)度相等、寬度為的元光源，則每個(gè)元光源到達(dá)干涉場的強(qiáng)度為，則圖中點(diǎn)處的元光源在干涉場的點(diǎn)形成的干涉條紋的強(qiáng)度為：將擴(kuò)展光源分為許多元光源由上節(jié)知同理上式中，，稱為干涉孔徑角式中：和分別為從點(diǎn)到點(diǎn)的一對(duì)相干光在干涉系統(tǒng)左右方的光程差第三節(jié)干涉條紋的可見度第28頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月寬度為的整個(gè)光源在點(diǎn)的光強(qiáng)：可見度：第三節(jié)干涉條紋的可見度第29頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月討論①光源的臨界寬度：可見度為0時(shí)的光源寬度臨界寬度允許寬度②光源的允許寬度：能夠清晰地觀察到干涉條紋時(shí)（），允許的光源寬度該式為求解干涉系統(tǒng)中光源臨界寬度的普遍公式2．空間相干性若通過光波場橫方向上兩點(diǎn)的光在空間相遇時(shí)能夠發(fā)生干涉，則稱通過空間這兩點(diǎn)的光具有空間相干性（１）空間相干性第三節(jié)干涉條紋的可見度即只能使用有限大小的光源才能獲得清晰的條紋。

第30頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月空間相干性描述光場在多大橫向范圍內(nèi)提取來的兩子波源S1,S2仍是相干的．這個(gè)范圍大則空間相干性好；范圍小則空間相干性差．右圖中光源尺寸一定,干涉孔徑角即確定,孔徑角內(nèi)的兩點(diǎn),距離愈近,相干性愈好；角外的兩點(diǎn)不相干。第31頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月空間相干性如右圖所示，圖中光源大小為，對(duì)應(yīng)的干涉孔徑角為，在限定范圍內(nèi)任意兩點(diǎn)作為被光源照明的兩個(gè)次級(jí)點(diǎn)光源發(fā)出的光波是相干的（２）干涉系統(tǒng)不變量如右圖，在和的中心Ｏ點(diǎn)分別向光源臨界寬度和一個(gè)條紋間距的兩端引張角和第三節(jié)干涉條紋的可見度第32頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月∵又∴上式即為干涉系統(tǒng)不變量對(duì)于某一干涉系統(tǒng)，如果空間橫方向上兩點(diǎn)的距離由小變大，則觀察到的條紋可見度由大變小，在改變的過程中，一旦干涉條紋消失，干涉系統(tǒng)不變量得到滿足第三節(jié)干涉條紋的可見度第33頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（３）測星干涉儀是望遠(yuǎn)鏡；和為兩光闌的闌孔中心；、、和為反射鏡，和可沿和的方向精密移動(dòng)，和為定鏡。結(jié)構(gòu)組成工作原理是可以拉大開很大的距離類似于楊氏干涉實(shí)驗(yàn)裝置的雙孔距離，星體大小的一維尺寸相當(dāng)于擴(kuò)展光源。改變和之間的距離，觀察干涉條紋，當(dāng)條紋消失時(shí)，此時(shí)的角直徑滿足干涉不變量，即，只需測出，即可得到星體的角直徑。第三節(jié)干涉條紋的可見度第34頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三．光源非單色性的影響和時(shí)間相干性１．光源非單色性對(duì)條紋可見度的影響由前知，條紋間距與波長有關(guān)，由于單色光源存在一定的光譜寬度，在范圍內(nèi)的每條譜線都將形成各自的干涉條紋，除零級(jí)外其余干涉條紋會(huì)相互偏移，導(dǎo)致各組條紋相互重疊而使得可見度下降（如右圖）第三節(jié)干涉條紋的可見度第35頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月帶寬為的矩形分布光譜在波數(shù)為處的元譜線的光強(qiáng)為，為光強(qiáng)的光譜分布（譜密度），則元譜線在干涉場產(chǎn)生的光強(qiáng)分布為：所有譜線在干涉場的光強(qiáng)分布為：可見度：可見度隨光程差變化如前頁圖第三節(jié)干涉條紋的可見度第36頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)時(shí)，求得第一個(gè)對(duì)應(yīng)的光程差值相干長度：對(duì)于光譜寬度為（或）的光源能夠產(chǎn)生干涉的最大光程差２．時(shí)間相干性相干時(shí)間：光波通過相干長度所需要的時(shí)間第三節(jié)干涉條紋的可見度第37頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月時(shí)間相干性：同一光源在相干時(shí)間內(nèi)不同時(shí)刻發(fā)出的光，經(jīng)過不同路徑相遇時(shí)能夠產(chǎn)生干涉，則稱光具有時(shí)間相干性。∴∴由波長和頻率之間的關(guān)系可得第三節(jié)干涉條紋的可見度第38頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)平板的雙光束干涉楊氏干涉屬于分波前干涉，由于空間相干性的限制，只能使用有限大小的光源，制約了條紋的亮度平板干涉屬于分振幅干涉，利用平板的兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射和透射，將入射光的振幅分為兩部分，這兩部分光相遇時(shí)產(chǎn)生干涉，既使用了擴(kuò)展光源又保持了條紋的清晰度，解決了分波前干涉中條紋亮度和可見度的矛盾。分光的性質(zhì)：振幅分割兩干涉點(diǎn)源：兩個(gè)反射面對(duì)的像和第39頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月屬分振幅干涉

一、干涉條紋的定域在相干光波場的交疊區(qū)，由于時(shí)間相干性和空間相干性的影響，不同的干涉條件，干涉條紋的分布區(qū)域?qū)⑹艿接绊?這就是干涉定域問題．如果在相干光波的交疊區(qū)處處有干涉條紋，則這種干涉是不定域干涉．例如楊氏干涉裝置．如果在相干光波的交疊區(qū)，干涉條紋只是分布在區(qū)域中某些地方，則這種干涉是定域干涉．第40頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一．干涉條紋的定域1．干涉條紋定域：能夠得到清新干涉條紋的區(qū)域非定域條紋：在空間任何區(qū)域都能得到的干涉條紋定域條紋：只在空間某些區(qū)域都能得到的干涉條紋2．平板干涉的優(yōu)點(diǎn)：，可以采用面光源第四節(jié)平板的雙光束干涉第41頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二．平行平板產(chǎn)生的等傾干涉如圖，產(chǎn)生干涉的兩束光線來自同一光線，其干涉孔徑角，則點(diǎn)的強(qiáng)度：1．光程差計(jì)算其中：第四節(jié)平板的雙光束干涉第42頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月考慮平板周圍介質(zhì)一致，兩表面反射中有一支光會(huì)發(fā)生“半波損失”，所以：由上可知：光程差只取決于折射角，相同的（即入射角相同）的光線構(gòu)成同一干涉條紋，稱為等傾條紋。第四節(jié)平板的雙光束干涉第43頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月２．平板干涉裝置注意：采用擴(kuò)展光源，條紋域在無限遠(yuǎn)條紋成像在透鏡的焦平面上第四節(jié)平板的雙光束干涉第44頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月３．條紋分析在上圖的干涉裝置中，產(chǎn)生如右圖所示的圓環(huán)干涉條紋。根據(jù)光程差計(jì)算公式可知，光程差越大，對(duì)應(yīng)干涉條紋的級(jí)次越高。①

隨變化，條紋是的函數(shù)，只要相同，則相同，為同一條干涉條紋，稱為等傾干涉

干涉條紋為同心圓環(huán)②光程差在時(shí)最大，最大干涉級(jí)在中心光程差與條紋級(jí)數(shù)關(guān)系第四節(jié)平板的雙光束干涉第45頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月③條紋的角半徑不一定為整數(shù)（即中心不一定是最亮點(diǎn)），記作：為最靠近中心的亮紋整數(shù)干涉級(jí)，從中心向外第條亮條紋的干涉級(jí)則為，其角半徑記作（條紋半徑對(duì)透鏡中心的張角），與其所對(duì)應(yīng)的應(yīng)滿足：和都很小，第四節(jié)平板的雙光束干涉第46頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月平板厚度越大條紋角半徑越小，條紋越密④條紋間隔光程差與條紋級(jí)數(shù)關(guān)系相鄰條紋則：第四節(jié)平板的雙光束干涉第47頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月所以條紋間距結(jié)論：中央條紋寬，邊緣條紋窄將變成：注意與的關(guān)系第四節(jié)平板的雙光束干涉第48頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月hnn1N21'2qlq=D相鄰條紋的角間距：反比于角間距，中心條紋疏，呈里疏外密分布。反比于h，厚度越大，條紋越密。第49頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤反射光條紋與透射光條紋互補(bǔ)透射光也可以產(chǎn)生等傾干涉。其特點(diǎn)有兩點(diǎn)：由于兩支相干光的強(qiáng)度相差較大，其條紋可見度低；兩支相干光的附加光程差為零，因此對(duì)于同一入射角的反射光干涉條紋的亮紋其透射光的干涉條紋則為暗紋。三．楔形平板產(chǎn)生的等厚干涉1．定域面的位置和定域深度②

光源與楔板位置不同時(shí)的定域面位置①

定域面的位置由所確定第四節(jié)平板的雙光束干涉第50頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月楔形平板產(chǎn)生的等厚干涉（一）定域面和定域深度

第51頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月油膜上的彩色條紋即為厚度很小時(shí)的等厚干涉條紋第52頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月③楔板的楔角越小，定域面離板越遠(yuǎn)，楔角等于零時(shí)定域面過渡到無限遠(yuǎn)（平行平板干涉）；楔板的厚度越小，定域面越接近于板的表面（油膜的干涉條紋）④

在實(shí)際工作中，不一定為零，干涉條紋不僅僅局限于定域面上，而是在定域面前后一定范圍可以看到干涉條紋，該區(qū)域稱為定域深度第四節(jié)平板的雙光束干涉第53頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤

條紋觀察：定域面隨系統(tǒng)的不同而不同，眼睛觀察比儀器更方便。眼睛的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，可以使得最清晰的干涉條紋成像在視網(wǎng)膜上；眼睛的瞳孔一般小于透鏡的孔徑，限制了擴(kuò)展光源的實(shí)際有效尺寸。2．光程差計(jì)算在實(shí)際中，光程差很難計(jì)算，由于楔板厚度一般很小，而楔角也不大，光程差通常用平行平板的公式代替第四節(jié)平板的雙光束干涉第54頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月垂直入射時(shí)：垂直入射時(shí)，光程差是厚度的函數(shù)，在同一厚度的位置形成同一級(jí)干涉條紋3．干涉實(shí)驗(yàn)裝置透鏡的作用：在成像面上觀察干涉條紋圖中若楔板的折射率處處均勻，則干涉條紋與等（等厚度）的軌跡相對(duì)應(yīng)，成為等厚條紋。否則即為等光學(xué)厚度構(gòu)成的條紋第四節(jié)平板的雙光束干涉第55頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月4．干涉條紋分布及性質(zhì)干涉條紋是由決定的，分析條紋必須從入手開始①亮暗條紋亮條紋暗條紋對(duì)于折射率均勻的楔板，條紋平行于楔棱第四節(jié)平板的雙光束干涉第56頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月若楔板折射率均勻，干涉條紋與等h(厚度)的軌跡對(duì)應(yīng)，稱為等厚干涉條紋。條紋分布平行于楔棱。條紋的移動(dòng)反映膜的厚度變化

條紋疏密的變化反映楔角的改變

alne2=條紋間距第57頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月②兩條紋間厚度的變化即相鄰條紋所以從一個(gè)條紋過渡到另一相鄰條紋時(shí)厚度的變化量為第四節(jié)平板的雙光束干涉第58頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月③楔板的楔角④幾種不同形狀的等厚條紋第四節(jié)平板的雙光束干涉第59頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)平板的雙光束干涉例一折射率為1.5的玻璃劈尖，其末端厚度為0.05mm，置于空氣中，若波長為的平行單色光以角入射到劈尖的上表面，試求此劈尖所能呈現(xiàn)的干涉條紋數(shù)目是多少？若用兩塊玻璃平板夾成同樣尺寸的空氣劈尖，試問同樣情況下能產(chǎn)生多少條干涉條紋？解：

當(dāng)平行單色光以入射角入射到玻璃劈尖上時(shí)，由式（12-32）和（12-33），可以得出兩相鄰亮（暗）條紋所對(duì)應(yīng)的厚度差為第60頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)平板的雙光束干涉因此，在末端厚度為的劈尖內(nèi)所能呈現(xiàn)的條紋數(shù)目為（此時(shí)，）對(duì)于同樣尺寸的空氣劈尖，由于，，所以第61頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月等厚干涉的應(yīng)用：測波長測折射率

測細(xì)小直徑、厚度、微小變化

測表面不平度

劈尖

不規(guī)則表面第62頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月被檢體被檢體標(biāo)準(zhǔn)角規(guī)標(biāo)準(zhǔn)角規(guī)檢查立方體第63頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月C干涉膨脹儀裝置MC：銦鋼作成的，熱膨脹極小；M：被檢體。原理：溫度增高t時(shí)，數(shù)出條紋移動(dòng)的條數(shù)m，則：樣本增高熱膨脹系數(shù)：第64頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月等厚干涉——牛頓環(huán)

條紋中疏邊密,中心Ｏ點(diǎn)為暗紋中心.

平凸透鏡將凸面放置在平板玻璃上．透鏡凸面半徑米的量極，與平板玻璃之間形成很薄的空氣隙．光垂直入射到透鏡的平面上形成同心圓形干涉條紋條紋．第65頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月牛頓環(huán)A--曲率半徑很大的凸透鏡裝置：B--平面光學(xué)玻璃AB干涉圖樣：半反射鏡顯微鏡r隨著r的增加而變密第66頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月RORO’n=1牛頓環(huán)公式推導(dǎo)第67頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月牛頓環(huán)的應(yīng)用

測透鏡球面的半徑R檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量第69頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月被檢體被檢體被檢體被檢體標(biāo)準(zhǔn)透鏡

牛頓環(huán)檢測第70頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月★激光平面干涉儀第五節(jié)典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用第71頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2．激光球面干涉儀★結(jié)構(gòu)裝置如下圖示第五節(jié)典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用第72頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月★主要用途◆測量透鏡的曲率半徑如右圖示第五節(jié)典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用第73頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二．麥克爾遜干涉儀1．干涉儀的結(jié)構(gòu)平面反射鏡和平行平板和平板和反射鏡均成角透鏡第五節(jié)典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用第74頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月兩塊平行平板由同一玻璃制成，具有相同的厚度和折射率，Ｇ１的分光面涂半透半反膜，Ｇ２不鍍膜，作為補(bǔ)償板使用。其作用是補(bǔ)償兩光束透過Ｇ２的次數(shù)不同而引起的光程差，且要平行于Ｇ１，單色光照平時(shí)不必要，而白光照明時(shí)是必需的。因?yàn)椴ＡУ纳?，各波長有不同的折射率無法用空氣補(bǔ)償，加上補(bǔ)償板才能補(bǔ)償各色光的光程差獲得零級(jí)白光條紋，該條紋在零光程差附近。白光干涉條紋在麥克爾遜干涉儀中極其有用，能夠準(zhǔn)確地確定出零光程差的位置，進(jìn)行長度精密測量?！锲矫娣瓷溏R★平行平板平面反射鏡分別鍍銀或鍍鋁，固定在一起基座上，可借助精密絲杠螺母副沿導(dǎo)軌移動(dòng)。第五節(jié)典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用第75頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月２．干涉儀的工作原理擴(kuò)展光源上的一點(diǎn)發(fā)出的光在的分光面上有一部分反射轉(zhuǎn)向鏡，再有反射，穿過后進(jìn)入觀察系統(tǒng)。入射光的另一部分穿過和后在再有反射，返回穿過后由反射也進(jìn)入觀察系統(tǒng)。如圖中的和光線，由于它們是一支光線分解而來，即為相干光，在觀察系統(tǒng)中形成干涉第五節(jié)典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用第76頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月３．干涉條紋分析第五節(jié)典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應(yīng)用★等傾干涉反射鏡和相互垂直時(shí)可以觀察到等傾干涉條紋，移動(dòng)方向使膜厚減小時(shí)，干涉條紋向中心收縮，每移動(dòng)一個(gè)條紋，移動(dòng)距離為。所以是視場中心移過（冒出或縮進(jìn)）的條紋數(shù)目；是移動(dòng)的距離；是單色波長?！锏群窀缮娣瓷溏R和有一定夾角時(shí)可以觀察到等厚干涉條紋，移動(dòng)方向使膜厚減小時(shí)，干涉條紋向膜的較厚方向移動(dòng)。注意：光程差變化量第77頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三．泰曼-格林干涉儀原理圖如右圖該干涉條紋位等厚條紋干涉圖如下圖特點(diǎn)是在邁克爾遜干涉儀中加入了被測光學(xué)元件第78頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月四．馬赫–曾德干涉儀★儀器結(jié)構(gòu)如右圖★測量原理★實(shí)際應(yīng)用大型風(fēng)洞中氣流變化引起的空氣密度變化、微小物體的相位變化在光路中放入相位物體，則受調(diào)制的波面與另一路的基準(zhǔn)平面波之間形成等厚干涉條紋第79頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)平行平板的多光束干涉及其應(yīng)用一．平行平板的多光束干涉

P點(diǎn)的條紋是由……干涉的結(jié)果1.干涉場的光強(qiáng)分布（1）光程差與相位差（相鄰光束之間）第80頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充干涉技術(shù)的應(yīng)用1.細(xì)絲直徑測量如圖有兩塊平面玻璃，一端互相接觸，另端夾著待測直徑的細(xì)絲，細(xì)絲與接觸棱平行。用單色平行光直接照射在玻璃上。由于楔形空氣膜層的干涉，可見到等厚度干涉條紋。

由前面知識(shí)可知，相鄰的亮紋（或暗紋）之間光程差的改變都等于相干光波的波長。在棱邊處光程差雖為零，由于一次相位差的變化而呈現(xiàn)出暗紋。

第81頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充干涉技術(shù)的應(yīng)用如果從棱邊到細(xì)絲所在位置共有N條暗紋(不包括棱邊的暗紋)，則細(xì)絲的直徑應(yīng)為：

如果N的數(shù)目很大容易數(shù)錯(cuò)，可以先測出單位長度內(nèi)暗紋的數(shù)目，再測出總長L，則上式變?yōu)?/p>

第82頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充干涉技術(shù)的應(yīng)用2.測量長度的微小變化干涉膨脹儀結(jié)構(gòu)原理圖被測物體的熱膨脹系數(shù)第83頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充干涉技術(shù)的應(yīng)用3.干涉法測量溫度激光測溫法原理如圖所示。由于激光有足夠長的相干長度，因而任何厚度的基板都可以測量。設(shè)折射率為，厚度為的待測基板上、下表面反射光的光程差為，則它隨溫度的變化率為第84頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充干涉技術(shù)的應(yīng)用折射率的溫度系數(shù)膨脹系數(shù)則條紋移動(dòng)m條時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度變化為第85頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第十三章光的衍射第86頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：障礙物或孔的尺寸比波長小或者跟波長相差不多問題1.什么是波的衍射現(xiàn)象？

第87頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月激光束調(diào)節(jié)狹縫寬窄狹縫像屏

取一個(gè)不透光的屏，在它的中間裝上一個(gè)寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，在縫后適當(dāng)距離處放一個(gè)像屏，用平行的單色光照射。

調(diào)節(jié)的狹縫的寬窄，如果能在光屏上觀察到比狹縫的寬度寬得多的亮區(qū)，就證明了光的衍射現(xiàn)象存在。第88頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

單色光的衍射圖樣:中間亮紋較寬較亮、兩邊：對(duì)稱的明暗相間條紋，亮條紋強(qiáng)度向兩邊逐漸較快減弱。1.單縫衍射第89頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月衍射圖樣光強(qiáng)中央明紋單縫衍射圖樣的光強(qiáng)分布第90頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

白光單縫衍射條紋：中間是白色的，兩邊是減弱很快的彩色條紋。第91頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月觀察下列衍射圖樣，分析衍射規(guī)律：不同色光的單縫衍射不同縫寬的單縫衍射

1、波長一定時(shí)，單縫窄的中央條紋寬，各條紋間距大．

2、單縫不變時(shí)，光波波長的（紅光）中央亮紋越寬，條紋間隔越大．

3、白熾燈的單縫衍射條紋為中央亮，兩側(cè)為彩色條