1、回顾上节课内容 一 光源空间展宽对干涉条纹衬比度的影响 临界宽度 容许宽度 二 光场的空间相干性 空间中不同位置的两点处的光场的相关程度称为光场的空间相干性 相关程度主要指该两点相位的关系及关联程度 空间相干性 在 有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面 取得了突破性成就 发明了半导体成像器件 电荷耦合器件 CCD 图像传感器 一 光源光谱展宽对干涉条纹衬比度的影响 白光 时间相干性 二 光场的时间相干性 点源S单色 整个 面V 1 点源S非单色 面 P点场是S通过不同路径经不同时间在该点的交会叠加 同一源点 S 在不同时刻光场的相关程度称为光场时间相干性 空间不同点 相关 时间相干问题的产生
2、来源于光源所发出波列长度的有限性 光源的非单色性或波谱展宽 三个等效描述 1 相干长度即波列长度 2 相干时间即光源辐射一个波列的时间 3 光源的光谱展宽或 3 4分振幅干涉 一 薄板的双光束干涉 3 4 1薄膜干涉及干涉条纹定域 1 单色点光源的干涉 薄膜干涉 透明薄板 薄膜 薄膜平板有一定交角 傍轴近似下仍可得到二点像源的干涉场 各点源不相干 干涉条纹的重合 有错位 消失部分条纹 只在某些特定空间区域才有干涉条纹 该区域中各点源的条纹无错位或错位量明显小于一个条纹间距 定域条纹 干涉条纹定域 2 单色扩展光源 3 4 2等倾干涉 反射光线1与2平行 一 等倾干涉的形成及一般特点 发出两平行
3、光线 入射角 i0 它们经平板上下表面反射得出射光线1与2和1 与2 仍保持平行 i0 若相长均相长 若相消均相消 只与i0有关 与S点位置无关 故光源可推广到扩展源 等倾条纹形成 只要光线入射方向相同 各源点均在L后焦面上相同点P产生相同干涉强度 同i0光线的方向可不同 每一条纹对应于同样的光线倾角 等倾干涉 光程差 入射角i0 空间中以法线为轴的圆锥面 上形成同一干涉条纹 观察等倾条纹的实验装置和光路 等倾干涉从点光源发出的单条光线的光路 等倾干涉从点光源发出的锥面内光线的光路 1 扩展光源增加干涉条纹的亮度 无衬比度下降可以为单色或非单色光源2 条纹定域 无限远或正透镜后焦面3 上 一点
4、对应一个入 出 射方向 一个条纹对应一个i0 等倾圆环条纹 等倾条纹特点 二 光程差公式 由几何关系和折射定律 三 等倾圆环条纹的分析 1 条纹级次变化 正入射中心点 亮纹 中心干涉级次 不一定为整数 设为整数 中央为级亮纹 不影响条纹性质 中心向外 i0增大 减小 干涉级次降低 m减小 亮纹级次 2 第N个亮环半径 接近正入射 透镜焦距为f 第N个亮环半径 3 相邻圆环的间距 相邻亮环角间距 条纹间距 越往外越密 例1 用白光照射到折射率为1 33的肥皂膜上 若从45 角方向观察薄膜呈现绿色 500nm 试求薄膜最小厚度 若从垂直方向观察 肥皂膜正面呈现什么颜色 解 解 可见光在空气中的波长
5、范围350nm 760nm 一 等厚干涉的形成与观察 固定干涉条纹 等 线 等h线 等厚干涉 薄板 i0小 定域面一般在膜表面附近 3 4 3等厚干涉 二 两种典型等厚干涉 1 楔形板 膜 的等厚干涉 暗线 h每改变 光程变一个 移过一个条纹 亮线 条纹间距 2 白光条纹 楔棱 多色光公共暗纹其他多级发生色散 同级内紫外红 高级色散大 这也是为什么在白光下只有很薄的膜 例如h为波长级的肥皂膜或油膜 才能呈现出色彩 而普通玻璃板则看不到此现象的原因 1 应用 测小角 和直径d 空气膜 例利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工件表面存在的极小的加工纹路 在经过精密加工的工件表面上放一光学平面玻璃 使
6、其间形成空气劈形膜 用单色光照射玻璃表面 并在显微镜下观察到干涉条纹 如图所示 试根据干涉条纹的弯曲方向 判断工件表面是凹的还是凸的 并证明凹凸深度可用下式求得 解 干涉条纹弯曲说明工件表面不平 因为k级干涉条纹各点都相应于同一气隙厚度 如果条纹向劈尖棱的一方弯曲 由式 说明该处气隙厚度有了增加 可判断该处为下凹 从空气层上下表面反射的光干涉 等厚条纹 以O为中心的同心环 中心 暗点 第m个暗环 第m个暗环半径 第m个暗环处相邻暗环的间距 圆环越向外越密 第m个亮环半径 1 条纹形成及特点 2 应用 测R n等量实际上 由于自重等因素 中心暗点为暗环 用点接触公式有误差 为消除误差可用公式 4 白光条纹 中心仍为暗点 中心点附近可见少数几级彩环 内紫外红级别较高处 条纹因交叠匀化而消失 m数不必知 只需知 m 两个r 3 动态变化 例A提升 中心点亮暗交替各圆环向中心收缩 沉没 看定一个条纹 h定 r 条纹的整体形状及疏密 r固定处的e 不变 两相邻条纹h变化 2 白光入射时的牛顿环 例 如图装置中 平凸透镜A和平板玻璃B的折射率分别为nA 1 5和nB 1 7 A B之间的空隙左半侧为空气 右半侧充以n 1 6的高折射率液体 分析单色光正入射时干涉条纹的特点 解 左侧分析 中心暗斑暗纹 右侧更密 如图
