光程差与薄膜干涉.pptx
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1、1 在真空中光的波长为在真空中光的波长为,光速为,光速为 C,进入折射率,进入折射率为为 n 的介质中后,波长的介质中后,波长n,光速为光速为 v,则有:则有:处理方法:处理方法:把把光在介质中的波长光在介质中的波长折合成它在折合成它在真空中的真空中的波长波长作为测量距离的标尺,并进一步把光在介质中传作为测量距离的标尺,并进一步把光在介质中传播的距离折合成光在真空中传播的距离。播的距离折合成光在真空中传播的距离。一、光程与光程差一、光程与光程差光源的频率不变,光在传播过程中频率保持不变。光源的频率不变,光在传播过程中频率保持不变。而而同一频率的光在不同介质中波长不相同。同一频率的光在不同介质中
2、波长不相同。1.1.光程光程 2光程光程:光在介质中传播的波程与介质折射率的乘积。光在介质中传播的波程与介质折射率的乘积。设光在设光在折射率为折射率为 n 的介质中传播的几何路程为的介质中传播的几何路程为 L,则,则有有定义:定义:意义:意义:光在光在t时刻内在真空中通过的路程时刻内在真空中通过的路程nL就相当于就相当于光在介质中在相同的时间内所通过的路程。光在介质中在相同的时间内所通过的路程。在一条波线上,波在介质中前进在一条波线上,波在介质中前进L,位相改变为:,位相改变为:(同一波线上两点间的位相差)(同一波线上两点间的位相差)31.光程差光程差:两束光的光程之差。两束光的光程之差。如果
3、光线穿过多种介质时,其光程为:如果光线穿过多种介质时,其光程为:r1n1r2n2rinirnnn可以证明:可以证明:光通过相等的光程,所需时间相同,光通过相等的光程,所需时间相同,位相变化也相同。位相变化也相同。设一束光经历光程设一束光经历光程 1,另一速光经历光程,另一速光经历光程 2,则,则这两束光的光程差为:这两束光的光程差为:2.2.光程差光程差 4光程差与相位差的关系为:光程差与相位差的关系为:2.光程差与相位差的关系(设两光同位相)光程差与相位差的关系(设两光同位相)光程差每变化一个波长,相位差变化光程差每变化一个波长,相位差变化光程差为光程差为 ,相位差为,相位差为 ;则相位差为
4、:则相位差为:注意光程与光程差的区别:注意光程与光程差的区别:是同一波源发出的波是同一波源发出的波在同一波线上不同两在同一波线上不同两点振动的位相差。点振动的位相差。同一波线上两点间的光程同一波线上两点间的光程不同波源经不同路径不同波源经不同路径在相遇点引起的两个在相遇点引起的两个振动的位相差。振动的位相差。两束光的光程差两束光的光程差5问:原来的零极条纹移至何处?若移至原来的第问:原来的零极条纹移至何处?若移至原来的第 k 级级明条纹处,其厚度明条纹处,其厚度 h 为多少?为多少?例例1:已知:已知:S2 缝上覆盖的介缝上覆盖的介质厚度为质厚度为 h,折射率为,折射率为 n,设入射光的波为设
5、入射光的波为 解:从解:从S1和和S2发出的相干光所对应的光程差发出的相干光所对应的光程差当光程差为零时,对应零条纹的位置应满足:当光程差为零时,对应零条纹的位置应满足:所以零级明条纹下移所以零级明条纹下移原来原来 k 级明条纹位置满足:级明条纹位置满足:设有介质时零级明条纹移到原来第设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级级处,它必须同时满足:处,它必须同时满足:6例例2.在双缝干涉实验中,波长在双缝干涉实验中,波长=5500 的单色的单色平行光垂直入射到缝间距平行光垂直入射到缝间距a=210-4m 的双缝上,的双缝上,屏到双缝的距离屏到双缝的距离 D=2m 求:求:(1)中央明纹两侧的两条第
6、中央明纹两侧的两条第 10 级明纹中心的级明纹中心的间距间距;2)用一厚度为用一厚度为 e=6.6 10-6-6m、折射率、折射率为为n=1.58 的玻璃片覆盖一缝后的玻璃片覆盖一缝后,零级明纹将零级明纹将移到原来的第几级明纹处移到原来的第几级明纹处?解解:(1)(2)覆盖玻璃后覆盖玻璃后,零级明纹应满足零级明纹应满足:设不盖玻璃片时设不盖玻璃片时,此点为第此点为第k级明纹,则应有级明纹,则应有所以所以零级明纹移到原零级明纹移到原第第 7 级明纹处级明纹处.7例例3.在图示的双缝反射实验中,若用半圆筒形薄在图示的双缝反射实验中,若用半圆筒形薄玻璃片(折射率玻璃片(折射率 n1=1.4)覆盖缝)
7、覆盖缝 S1,用同样厚,用同样厚度的玻璃片(折射率度的玻璃片(折射率 n2=1.7)覆盖缝)覆盖缝 S2,将使屏,将使屏上原来未放玻璃时的中央明条纹所在处上原来未放玻璃时的中央明条纹所在处O变为第变为第五级明纹。设单色光波长五级明纹。设单色光波长 =480.0nm,求玻璃,求玻璃片的厚度片的厚度 d。解:覆盖玻璃前解:覆盖玻璃前覆盖玻璃后覆盖玻璃后则有则有8例例4.如图所示如图所示,用波长为用波长为 的单色光照射双缝干涉的单色光照射双缝干涉实验装置实验装置,并将一折射率为并将一折射率为 n、劈角为、劈角为 a(a 很很小)的透明劈尖小)的透明劈尖 b 插入光线插入光线 2 中中.设缝光源设缝光
8、源 S 和和屏屏 c 上的上的 o 点都在双缝点都在双缝 S1 和和 S2 在中垂线上在中垂线上.问要问要使使 o 点的光强由最亮变为最暗点的光强由最亮变为最暗,劈尖劈尖 b 至少应向至少应向上移动多大距离上移动多大距离 d(只遮住只遮住S2)?解解:设设 o 点最亮时点最亮时,光线光线 2 在劈尖在劈尖 b 中传播距离为中传播距离为 l1,则由双缝则由双缝 S1 和和 S2 分分别到达别到达 o 点的光线的光点的光线的光程差满足下式程差满足下式:(1)9(2)(1)得得:由图可求出:由图可求出:由由(3)和和(4)得:劈尖得:劈尖b应向上移动的最小距离为应向上移动的最小距离为或或(2)(3)
9、(4)设设 o 点由此时第一次变为最暗时点由此时第一次变为最暗时,光线光线 2 在劈尖在劈尖 b 中传中传播的距离为播的距离为 l2,则由双缝则由双缝 S1 和和 S2 分别到达分别到达 o 点的两光点的两光程差满足下式程差满足下式10F 通过光轴的光线波程最短,但在透镜中的光程长;通过光轴的光线波程最短,但在透镜中的光程长;远离光轴的光线波程长,但在透镜中的光程短,总的远离光轴的光线波程长,但在透镜中的光程短,总的来讲,各条光线的光程都是相同的。来讲,各条光线的光程都是相同的。F二、几个概念二、几个概念 透镜可以改变光线的传播方向,但是在光路中透镜可以改变光线的传播方向,但是在光路中放入薄透
10、镜不会引起附加的光程差。放入薄透镜不会引起附加的光程差。波阵面波阵面波阵面波阵面1.1.薄透镜不引起附加光程差薄透镜不引起附加光程差11产生条件:产生条件:当光从折射率小的光疏介质,正入当光从折射率小的光疏介质,正入射或掠入射于折射率大的光密介质射或掠入射于折射率大的光密介质时,则反射光有半波损失。时,则反射光有半波损失。当光从折射率大的光密介质,当光从折射率大的光密介质,正入射于折射率小的光疏介质正入射于折射率小的光疏介质时,反射光没有半波损失。时,反射光没有半波损失。折射光都无半波损失。折射光都无半波损失。半波损失:半波损失:光从光疏介质进入光密介质,光反射后有光从光疏介质进入光密介质,光
11、反射后有了量值为了量值为 的位相突变,即在反射过程中损失了半个的位相突变,即在反射过程中损失了半个波长的现象。波长的现象。2.2.半波损失半波损失12 单色光以入射角单色光以入射角 i 从折从折射率为射率为 n1介质介质 进入折射率为进入折射率为n2 的介质的介质,i三、薄膜干涉三、薄膜干涉diri 在薄膜的上下两表面产生的反射光在薄膜的上下两表面产生的反射光 光、光、光光,满足相干光的满足相干光的 5 个条个条件,能产生干涉,经透镜汇聚,在件,能产生干涉,经透镜汇聚,在焦平面上产生等倾干涉条纹。焦平面上产生等倾干涉条纹。从焦点从焦点 P 到到 CD 波面,两条波面,两条光的光程差为光的光程差
12、为 0,则在未考,则在未考虑半波损失时虑半波损失时 光、光、光光的光程差为:的光程差为:13diirri由折射定律由折射定律14考虑半波损失:考虑半波损失:i光程差不光程差不附加附加光程差光程差附加附加未考虑半波损失时未考虑半波损失时光程差光程差干涉的加强减弱条件干涉的加强减弱条件:加强加强减弱减弱151.如果照射到薄膜上的是平行入射光,入射角一定,如果照射到薄膜上的是平行入射光,入射角一定,则不同的薄膜厚度就有不同的光程差,也就有不同的则不同的薄膜厚度就有不同的光程差,也就有不同的干涉条纹。这种一组干涉条纹的每一条对应薄膜一厚干涉条纹。这种一组干涉条纹的每一条对应薄膜一厚度的干涉,称为等厚干
13、涉。度的干涉,称为等厚干涉。2.如果光源是扩展光源,每一点都可以发出一束近似如果光源是扩展光源,每一点都可以发出一束近似平行的光线,以不同的入射角入射薄膜,在反射方向平行的光线,以不同的入射角入射薄膜,在反射方向上放一透镜,每一束平行光会在透镜焦平面上会取聚上放一透镜,每一束平行光会在透镜焦平面上会取聚一点。当薄膜厚度一定时,在透镜焦平面上每一干涉一点。当薄膜厚度一定时,在透镜焦平面上每一干涉条纹都与一入射角对应,称这种干涉为等倾干涉。条纹都与一入射角对应,称这种干涉为等倾干涉。用同样的办法可以推导透射光的光程差。用同样的办法可以推导透射光的光程差。讨论:讨论:讨论:讨论:16 光学镜头为减少
14、反射光,通常要镀增透膜。光学镜头为减少反射光,通常要镀增透膜。四、薄膜干涉的应用四、薄膜干涉的应用1.1.增透膜增透膜 在光学器件中,由于表面上的反射与透射,在器在光学器件中,由于表面上的反射与透射,在器件表面要镀膜,来改变反射与透射光的比例。可有增件表面要镀膜,来改变反射与透射光的比例。可有增透膜,增反膜。透膜,增反膜。例如:例如:较高级的照相机的镜头由较高级的照相机的镜头由 6 个透镜组成,如不采取有效措施,个透镜组成,如不采取有效措施,反射造成的光能损失可达反射造成的光能损失可达 45%90%。为增强透光,要镀增透膜,或减为增强透光,要镀增透膜,或减反膜。复杂的光学镜头采用增透膜反膜。复
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