等倾干涉和等厚干涉对光源的要求

等倾干涉和等厚干涉对光源的要求

等倾干涉是指入射光线与干涉体的表面成反射角相等的干涉现象。当入射光线与干涉体的表面成等倾角时,反射光线之间发生干涉,形成明暗条纹。这种干涉要求光源具有相干性。相干性是指光源发出的波列的波长和相位存在一定的关系,从而形成干涉现象。

具体来说,等倾干涉要求光源满足以下要求:

1.单色性:光源发出的光是单色光,即波长非常单一,能够形成相干的波列。常见的单色光源有激光器和狭缝照明源。

2.空间相干性:指光源发出的波列必须具有一定的空间相干长度,才能形成干涉现象。空间相干长度是指光源发出的波列在空间中保持干涉的最大长度。常见的具有空间相干性的光源有激光器和小孔照明源。

3.平直度:光线要求平直,即光线通过的介质应当是均匀的,没有弯曲或折射等现象的发生。

等厚干涉是指在光的干涉过程中,干涉体的厚度是相等的,从而导致干涉条纹的发生。等厚干涉是一种特殊的等倾干涉,但对于光源的要求会有所不同。

等厚干涉要求光源具备相干性和宽带性。相干性要求光源发出的波列具有相干性,即波长和相位具有一定的关系。宽带性要求光源发出的光具有宽带性,即具有一定的频谱宽度。

具体来说,等厚干涉要求光源满足以下要求:

1.带宽:光源发出的光具有一定的频谱宽度,这样才能够形成干涉条纹。如果光源的光谱过于狭窄,干涉条纹可能会变得模糊不清。因此,宽

带光源如白光、白炽灯等可以用于等厚干涉。

2.平直度:光线要求平直,即光线通过的介质应当是均匀的,没有弯

曲或折射等现象的发生。

对于等倾干涉和等厚干涉,要求光源具有相干性是一个重要的共同点。等倾干涉和等厚干涉都是基于光的波动性和相干性的干涉现象,需要具备

相干性的光源才能够产生干涉条纹。但对于光源的具体要求会有所不同,

等厚干涉对光源的带宽要求更宽,允许使用宽带光源,而等倾干涉则对光

源的单色性要求更高。

等倾干涉

等倾干涉(equal inclination interference ) 几束光发生干涉时,光的加强或减弱的条件只决定于光束方向的一种干涉现象。例如,光通过两面平行的透明介质薄膜时,从上下表面反射的光产生的干涉就属于这种干涉。设薄膜的厚度是d ,折射率是n 2,周围介质的折射率是n 1,光射入薄膜时的入射角是i ,在薄膜中的折射角是r ,则从反射光中看到明暗条纹的条件是: 2) 12(s i n 222122λ+=-m i n n d 亮条纹 22sin 222122λ m i n n d =-暗条纹 m =0,1,2…… 或 2)12(c o s 22λ+=m r dn 亮条纹 22cos 22λm r dn = 暗条纹 m =0,1,2…… 从上述条件可以看出,产生明暗条纹的条件只决定于光的入射角或折射角,即光的干涉情况只决定于光的倾角。 对于等倾干涉来说,不仅点光源可以产生清晰的干涉条件,扩展光源也可以产生清晰的干涉条件,即光源的大小对等倾干涉条纹的形状没有影响。实际上,光源上每一点都会产生一组等倾干涉条纹,而且这些条纹的位置互相重合,因此使干涉条纹更加明亮。例如,图1-22-27中的a 和b 是从光源的S 1 和S 2点发出的两束平行光,它们对薄膜的入射角i 相同。从薄膜的上下表面反射出的两束光的光程差相同,干涉情况相同。由于这些反射光也是平行光,经透镜L 后会聚于同一点S (如果不用透镜,它们的干涉条纹将产生在无限远处)。具有其他倾角的光线将会聚于另一点。

等倾干涉条纹也可以通过薄膜的透射光中看到。由于直接透射的光比经过两次或更多次反射后透射出的光强更多,所以透射光的干涉条纹不如反射光的条纹清晰。 薄膜的厚度对条纹的影响比较大。厚度d越大,相邻亮条纹间的距离越小,即条纹越密,越不易辨认。

等倾干涉和等厚干涉对光源的要求

等倾干涉和等厚干涉对光源的要求 等倾干涉是指入射光线与干涉体的表面成反射角相等的干涉现象。当入射光线与干涉体的表面成等倾角时,反射光线之间发生干涉,形成明暗条纹。这种干涉要求光源具有相干性。相干性是指光源发出的波列的波长和相位存在一定的关系,从而形成干涉现象。 具体来说,等倾干涉要求光源满足以下要求: 1.单色性:光源发出的光是单色光,即波长非常单一,能够形成相干的波列。常见的单色光源有激光器和狭缝照明源。 2.空间相干性:指光源发出的波列必须具有一定的空间相干长度,才能形成干涉现象。空间相干长度是指光源发出的波列在空间中保持干涉的最大长度。常见的具有空间相干性的光源有激光器和小孔照明源。 3.平直度:光线要求平直,即光线通过的介质应当是均匀的,没有弯曲或折射等现象的发生。 等厚干涉是指在光的干涉过程中,干涉体的厚度是相等的,从而导致干涉条纹的发生。等厚干涉是一种特殊的等倾干涉,但对于光源的要求会有所不同。 等厚干涉要求光源具备相干性和宽带性。相干性要求光源发出的波列具有相干性,即波长和相位具有一定的关系。宽带性要求光源发出的光具有宽带性,即具有一定的频谱宽度。 具体来说,等厚干涉要求光源满足以下要求:

1.带宽:光源发出的光具有一定的频谱宽度,这样才能够形成干涉条纹。如果光源的光谱过于狭窄,干涉条纹可能会变得模糊不清。因此,宽 带光源如白光、白炽灯等可以用于等厚干涉。 2.平直度:光线要求平直,即光线通过的介质应当是均匀的,没有弯 曲或折射等现象的发生。 对于等倾干涉和等厚干涉,要求光源具有相干性是一个重要的共同点。等倾干涉和等厚干涉都是基于光的波动性和相干性的干涉现象,需要具备 相干性的光源才能够产生干涉条纹。但对于光源的具体要求会有所不同, 等厚干涉对光源的带宽要求更宽,允许使用宽带光源,而等倾干涉则对光 源的单色性要求更高。

迈克尔逊干涉仪的调整与使用概要

实验40 迈克尔逊干涉仪的调整与使用 教学目标 实验内容 教学方法 教学过程设计 一.讨论 1.何谓等倾干涉? 图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。调整迈克尔逊干涉仪,使之产生的干涉现象可以等效为M 1和M 2′之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。 当镜M 1⊥M 2,即M 1∥M 2′(图2)时,由扩展光源S 射出的任一束光,经薄膜上下表面反射形成的相干光束①和光束②的光程差为 2cos 22cos nd r d i δ=== (空气薄膜折射率n=1) ① 可见,薄膜厚度d 一定时,光程差δ由入射角i 决定。显然干涉条纹是等i (等倾角) 的轨迹,即由干涉产生的条纹与一定的倾角对应,这种干涉称为等倾干涉。 图1 迈克尔逊干涉仪 2 ′ P 图2 等倾干涉

2、如何利用等倾干涉现象测量光波长? 等倾干涉条纹的亮暗应满足下面条件: 亮条纹 λ=?=δk i d c o s 2 (k=0、1、2…) 暗条纹 2 ) 12(c o s 2λ +=?=δk i d 可见,空气薄层厚度d 一定时,入射角i 越小,即越靠近中心,圆环条纹的级数k 越 高(这与牛顿环正好相反),在中心处,i =0,级次最高。若这时,中心处刚好是亮斑, 则有 λ==δc k d 2 由此式可得 λ??=?)()(2c k d 可见,移动M1镜改变空气薄膜的厚度d ,中心亮斑的级次k c 也会改变。而且当中心亮 斑变化一个级次(Δk c =±1),即每冒出或吞没一个亮条纹,就意味着空气薄层厚度改变了(λ/2),也就是M 1镜移动了(λ/2)的距离。显然,当中心亮斑变化了N 个级次( Δk c =±N ),即冒出或吞没了N 个亮条纹,则有 2 λ =?N d 所以,我们只要测出M 1镜移动的距离Δd (可从仪器读出),并数出冒出或吞没干涉条纹的个数N ,就可以通过上式计算出光源的波长λ。 二.预习检查提问问题 1、 请问迈克尔逊光路图中,P1和P2个起什么作用?为什么光束①和②相遇时会产生干涉? 2、 M1、M2镜背后的三个螺钉作用是什么? 3、 实验如何测量M1镜移动的距离?该仪器能读准到几位有效数字? 4、 在P.56图5-40-3中,光束①和光束②之间的光程差与什么因数有关?(5-40-1)式中的 n 是什么?等于多少? 5、 什么叫“等倾干涉”?干涉产生的明暗条纹应满足什么条件? 6、 实验是根据什么物理现象和什么测量公式测量激光波长的? 7、 你有没有分析过,等倾干涉的同心圆环条纹与牛顿环的同心圆环条纹有什么异同? 三.课后思考题 1. 迈克尔逊干涉仪中的P 1和P 2各起什么作用?用钠光或激光做光源时,没有补偿板

几何光学——光的干涉

第三章光的干涉 问答题 1、试举一种看起来有明暗相间条纹但又不是干涉的自然现象;再举一个看起来没有明暗相间条纹的自然界中的干涉现象。 解:人眼透过两层叠在一起的窗纱去看明亮的背景,由于窗纱经纬丝纹的不规则性,将看到形状不规则的明暗相间条纹,它决不是干涉的结果。 照相物镜表面看起来是一片监色,并无明暗条纹,但它却是一种干涉现象。 2、如图3-1所示的双孔杨氏干涉装置,作如下单项变化,则屏幕上干涉条纹的情况有何改变? 1)将双孔间距d变小。 2)将屏幕远离双孔屏。 3)将钠光灯改力氦氖激光。 4)将单孔S沿轴向向双孔屏靠近。 5)将整个装置浸入水中。 6)将单孔S沿横向向上作小位移。 7)将双孔屏沿横向向上作小位移。 8)将单孔变大。 9)将双孔中的一个孔的直径增大到原来的两倍。

图3-1 解:1)条纹间距变宽,零级位置不变,可见度因干涉孔径角φ变小而变大了。 2)条纹变宽,零级位置不变,光强弱了。 3)条纹变宽,零级位置不变,黄条纹变成红条纹。 4)条纹间距不变,光照变强,但可见度因干涉孔径角φ变大而变 小。 5)条纹间距降为原有的3/4,可见度因波长变短而变小。 6)整个条纹区向下移,干涉条纹间距和可见度均不变。 7)干涉条纹向上移,间距和可见度不变。 8)光强变大,可见度变小,零级位置不变,干涉条纹间距不变。 9)孔2S 的面积是孔1S 的4倍,表明孔2S 在屏上形成振幅为4A 的 光波,孔1S 则在屏上形成振幅为A 的光波。屏上同位相位置处的最大光强()22254A A A I =+=大,是未加大孔2S 时的(25/4)倍;屏上反位相位置处的最小光强()2294A A A I =-=小,也不是原有的零。可见度由原有的1下降为())47.0925925=+-,干涉条纹间距和位置都不变。 3、用细铁丝围成一圆框,在肥皂水中蘸一下,然后使圆框平面 处于竖直位置,在室内从反射的方向观察皂膜。开始时看到一片均匀

等倾干涉原理的应用

等倾干涉原理的应用 1. 什么是等倾干涉原理 等倾干涉原理是一种用于测量透明物体的光学性质的方法。它基于干涉现象, 通过观察干涉条纹的形态和间距,可以推断出被测物体的光学参数,如形状、厚度、折射率等。 2. 等倾干涉原理的基本原理 等倾干涉原理基于两束平行光束经过透明样品后的干涉现象。当两束平行光束 经过样品后,由于样品的光学性质的不同,它们会发生相位差。当相位差满足一定条件时,会形成干涉条纹。通过观察干涉条纹的形态和间距,可以推断出样品的光学参数。 3. 等倾干涉原理的应用 等倾干涉原理在许多领域都有广泛的应用。以下是几个常见的应用领域: 3.1 光学薄膜的测量 等倾干涉原理可以用于测量光学薄膜的厚度和折射率。通过观察干涉条纹的间 距和形态,可以计算出光学薄膜的厚度和折射率,从而评估薄膜的光学性质。 3.2 表面质量评估 等倾干涉原理可以用于评估光学元件的表面质量。通过观察干涉条纹的形态和 间距,可以判断元件表面的平整度和平行度,从而评估元件的表面质量。 3.3 细胞测量 等倾干涉原理可以用于细胞的测量。细胞是透明的,通过观察细胞的干涉条纹,可以推断出细胞的厚度和折射率,从而研究细胞的形态和结构。 3.4 晶体结构分析 等倾干涉原理可以用于晶体结构的分析。晶体对光的干涉现象非常丰富,通过 观察晶体干涉条纹的形态和间距,可以得到晶体的晶格参数和晶体结构信息。

4. 等倾干涉原理的优点和限制 4.1 优点 •非破坏性测量:等倾干涉原理对被测物体不会产生破坏性的影响,适用于对珍贵样品和无损检测。 •精度高:等倾干涉原理可以达到亚微米甚至纳米级的测量精度,适用于对微观结构的测量。 •快速测量:等倾干涉原理的测量速度非常快,能够在短时间内获取大量数据。 4.2 限制 •受限于光源的稳定性:等倾干涉原理对光源的稳定性要求较高,光源的波长和强度的变化会对测量结果产生影响。 •受限于样品的透明度:等倾干涉原理只适用于透明样品的测量,对于不透明样品无法进行测量。 •受限于干涉条纹的解析度:等倾干涉原理的测量精度受到干涉条纹解析度的限制,当干涉条纹过于密集或模糊时,测量结果的精度会降低。 5. 总结 等倾干涉原理是一种重要的光学测量方法,广泛应用于光学薄膜测量、表面质量评估、细胞测量和晶体结构分析等领域。它具有非破坏性、高精度和快速测量的优点,但也受限于光源稳定性、样品透明度和干涉条纹解析度等因素。通过深入研究和不断改进,等倾干涉原理将继续在光学测量领域发挥重要作用。

大学物理实验思考题解答

大学物理实验思考题解答 实验一霍尔效应及其应用 【预习思考题】 1.列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。 霍尔系数,载流子浓度,电导率,迁移率。 2.如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型? 以根据右手螺旋定则,从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压为正,则样品为P型,反之则为N型。 3.本实验为什么要用3个换向开关? 为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电流及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压,还要测量A、C间的电位差,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关。总之,一共需要3个换向开关。 【分析讨论题】 1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(5.2-5)测出的霍尔系数比实际值大还是小?要准确测定值应怎样进行? 若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数比实际值偏小。要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B 和霍尔器件平面的夹角。 2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源? 误差来源有:测量工作电流的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。实验二声速的测量 【预习思考题】 1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定? 答:缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波节的位置,提高测量的准确度。 2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的? 答:压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生电场,这种特性称为压电效应。反之,如果在压电材料上加交变电场,材料会发生机械形变,这被称为逆压电效应。声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应,压电陶瓷环片在交变电压作用下,发生纵向机械振动,在空气中激发超声波,把电信号转变成了声信号。换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应,空气的振动

大学物理等厚干涉

§5-4 薄膜干涉 一、薄膜干涉的分类 薄膜干涉是分振幅干涉! 日常见到的薄膜干涉例子: 肥皂泡, 雨天地上的油膜, 昆虫翅膀上的彩色 …… 膜为何要薄?——光的相干长度所限 考察反射光: 1、2两束相干光的光程差为: ()212 n AC CB n AD λ ?+-+ = 根据几何关系 cos e AC CB γ == , 2t a n A B e γ = , s i n 2t a n s i A D A B i e i γ== 31

得 22c o s 2 en λ γ?=+ 22 λ = (自己推导) 讨论: (1)? 与 e ,i 有关 当 e 一定时,?与 i 有关,同一条纹的入射角相同 等倾干涉 当 i 一定时,?与 e 有关,同一条纹对应着厚度相同的地方 等厚干涉 (2)2 λ ?=?+透 反 (理解:能量守恒) 反射光与透射光的干涉情况相反! 薄膜的折射率为2n ,上下两边介质的折射率分别为1n 和 3n 当123n n n <>时,反射光:A 有,C 无 有 透射光:C 无,B 无 无 (3)半波损失分析 123n n n << :A 有,C 有 123n n n >> :A 无,C 无 123n n n <> :A 有,C 无 123n n n >< :A 无,C 有 二、劈尖干涉 1、劈尖干涉 劈尖:夹角很小的两个平面所构成的薄膜。 例如: 反射光无半波损失 反射光有半波损失

用平行单色光垂直照射: 由于θ很小,可简化为右图的形式 考虑从厚度为e 的A 点入射的一条光线,反射光1和2叠加。注意这种情况下从下表面反射的光线有半波损失。 上下表面反射的两相干光的光程差为: 22 2n e λ ?=+ (半波损失具体情况具体分析) 222n e k λλ +?== (1,2,k = ) 明 ()222212 n e k λλ ?==++ (0,1,2,k = ) 暗 关注第k 级亮纹 22 2n e k λ λ=+ 该级亮纹对应着劈尖上厚度相同的地方! 劈尖上厚度相同的地方,对应着一条明或暗的条纹 ——等厚干涉条纹 2、条纹形状 等厚的地方是平行于棱边的直线 ? 直条纹! θ:451010-- r a d θ 2 n e 1 n 3 n 21 =31 n n =

等厚干涉

【1】等厚干涉: 定义:薄膜干涉的一种,光程差是薄膜厚度的函数,薄膜厚度相等点的光程差相同,干涉条纹是同一级。干涉条纹形状与薄膜等厚线相同。 示意图: 极大极小条件: 光程差Δ=2n2d+δ 半波损失=2kλ 2 (极大) 2k−1λ 2 (极小) ,k=1,2,3,⋯ 特征: 1>对于劈尖薄膜干涉: 2>牛顿环:

干涉条纹形状与薄膜等厚线相同。 【2】牛顿环的历史 是牛顿在1675年首先观察到的.将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上,用单色光照射透镜与玻璃板,就可以观察到一些明暗相间的同心圆环.圆环分布是中间疏、边缘密,圆心在接触点O.从反射光看到的牛顿环中心是暗的,从透射光看到的牛顿环中心是明的.若用白光入射.将观察到彩色圆环.牛顿环是典型的等厚薄膜干涉. 牛顿环实验是这样的:取来两块玻璃体,一块是14英尺望远镜用的平凸镜,另一块是50英尺左右望远镜用的大型双凸透镜。在双凸透镜上放上平凸镜,使其平面向下,当把玻璃体互相压紧时,就会在围绕着接触点的周围出现各种颜色,形成色环。于是这些颜色又在圆环中心相继消失。在压紧玻璃体时,在别的颜色中心最后现出的颜色,初次出现时看起来像是一个从周边到中心几乎均匀的色环,再压紧玻璃体时,这色环会逐渐变宽,直到新的颜色在其中心现出。如此继续下去,第三、第四、第五种以及跟着的别种颜色不断在中心现出,并成为包在最内层颜色外面的一组色环,最后一种颜色是黑点。反之,如果抬起上面的玻璃体,使其离开下面的透镜,色环的直径就会偏小,其周边宽度则增大,直到其颜色陆续到达中心,后来它们的宽度变得相当大,就比以前更容易认出和训别它们的颜色了。 牛顿测量了六个环的半径(在其最亮的部分测量),发现这样一个规律:亮环半径的平方值是一个由奇数所构成的算术级数,即1、3、5、7、9、11,而暗环半径的平方值是由偶数构成的算术级数,即2、4、6、8、10、12。例凸透镜与平板玻璃在接触点附近的横断面,水平轴画出了用整数平方根标的距离: √1=1√2=1.41,√3=1.73,√4=2,√5=2.24等等。在这些距离处,牛顿观察到交替出现的光的极大值和极小值。从图中看到,两玻璃之间的垂直距离是按简单的算术级数, 1、2、3、4、5、6……增大的。这样,知道了凸透镜的半径后,就很容易算出暗环和 亮环处的空气层厚度,牛顿当时测量的情况是这样的:用垂直入射的光线得到的第一个暗环的最暗部分的空气层厚度为1/189000英寸,将这个厚度的一半乘以级数1、3、

等厚干涉

光的等厚干涉实验 等厚干涉是薄膜干涉的一种。当薄膜层的上下表面有一很小的倾角时,从光源发出的光经上下表面的反射后在上表面附近相遇时产生干涉,并且厚度相同的地方形成同一干涉条纹,这种干涉就叫做等厚干涉。其中牛顿环和劈尖是等厚干涉最典型的例子。光的等厚干涉原理在生产实践中具有广泛的应用,它可用于检测透镜的曲率,测量光波波长,精确地测量微小长度厚度和角度,检验物体表面的光洁度、平整度等。 一、实验目的 (1)观察等厚干涉现象,了解等厚干涉特点; (2)学习利用干涉现象测量平凸透镜的曲率半径和微小厚度; (3)学会用逐差法处理数据 二、 实验原理 1.牛顿环 牛顿环是把一块曲率半径相当大的平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻璃上,那么在 它们之间形成从中心向四周逐渐增厚的空气薄膜,离中心点等距离处厚度相同。当一束单色光垂直射入时,入射光在空气层上下两表面反射,且在上表面相遇产生干涉。其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一组明暗相间的圆环 设入射光是波长为λ的单色光,第k 级干涉条纹的半径为k r ,该处空气膜的厚度为e ,上下表面反射光的光程差为 2 2λ +=∆ne (式中2/λ是由 于 光 线 在 平 板 玻 璃 面 上 反射时光从光疏媒质射到光密媒质,又从光密媒质反射回到光疏媒质,发生半波损失引起的 由于空气的折射率近似为1,则 2 2λ + =∆e 产生明、暗环的干涉条件为 明条纹公式 λλ k e =+=∆2 2 ( k=1,2,3,……)

暗条纹公式……) 根据几何关系可知 222)(e R r R -+= 222e eR r -= R 为透镜的曲率半径。由于R ≫e 上式近似表示为代入明、暗环公式中,则 明环半径……) 暗环半径 R k r λ=2 ( k=1,2,3,……) 若入射光波长λ已知,测出各级暗环或明环的半径,则可计算出曲率半径R 。但实际观察牛顿环时发现,牛顿环中心不是理想的一个接触点,而是一个不甚清楚的暗或亮的圆斑。其原因是由于透镜与平板玻璃接触处,由于接触压力引起形变,使接触处为一圆面;又因镜面上可能有尘埃存在,从而引起附加光程差。因此很难准确判定级数k 和测定出k r 。我们用两个暗环或明环的半径m r 和n r 的平方差来计算R 时,可以消除因附加光程差而产生的误差。 对于第m 环暗环半径: R m r m λ=2 对于第n 环暗环半径: R n r n λ=2 两式相减得D 为牛顿环直径。实验中波长λ已知,所以只要测量第m 环和第n 环的直径m D ,n D ,就可以计算出R 。 2劈尖 两块平板玻璃,使其一端平行相接,另一端夹入一纸片,这样两块平板玻璃之间形成一个具有一微小倾角和劈形的空气薄层,这一装置就称劈尖。 当有平行光垂直照射时,空气薄层上下表面反射光产生干涉,从而形成明暗交替的干涉条纹

等倾干涉与等厚干涉的比较

目录 本科生毕业论文诚信声明 (1) 等厚干涉与等倾干涉的比较 (2) 中文摘要 (2) 英文摘要 (2) 1. 引言 (2) 2 等厚干涉和等倾干涉 (2) 2.1等厚干涉 (2) 2.2等倾干涉 (3) 3.干涉条纹之比较 (4) 3.1 牛顿环干涉条纹的半径和间距 (4) 3.2等倾干涉条纹的半径和间距 (4) 3.3 两种干涉条纹形状的比较 (5) 4 .干涉条纹移动规律之比较 (5) 参考文献 (5) 致谢 (6)

本科生毕业论文诚信声明 本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文,是本人在指导老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议,除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名: 二0一年月日

等厚干涉与等倾干涉的比较 刘xx,付文羽 (陇东学院电气工程学院,甘肃庆阳 74500)摘要:对牛顿环等厚干涉和薄膜等倾干涉条纹形成原理, 干涉条纹的半径、间距、干涉级次等进行比较和分析, 揭示两种相似条纹的本质区别。 关键词:等厚干涉等倾干涉条纹半径条纹间距干涉级次 Thickness Interference And Isoclinic Interference LIU xx, FU Wen-yu (Electrical Engineering College,Longdong University,Qingyang 74500,Gansu) Abstract:Of Newton ring thickness interference and film isoclinic interference fringe formation principle, the radius of the interference fringes,spacing,interference levels compare and analysis,reveals the essential difference between two similar stripe. Key Words: Isopach interference Isoclinic interference Stripe radius Fringe spacing Interference levels 1 引言 在光学教学中,关于等倾干涉和等厚干涉学生理解起来往往比较困难,有时显得似是而非,容易望文生义从字面上认为“等厚干涉”是指薄膜厚度是等厚的干涉这一错误结论,从而把等倾干涉和等厚干涉混淆起来,笔者通过几年的教学,总结出了等倾干涉和等厚干涉的异同点,以便学习。 2 等厚干涉和等倾干涉 等倾干涉和等厚干涉是薄膜干涉的两种典型形式。薄膜干涉是由薄膜上、下表面反射(或折射)光束相遇而产生的一种干涉现象。 簿膜干涉分两种:一种称做等厚干涉,这是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹。薄膜厚度相同的地方形成同一级干涉条纹, 故称等厚干涉。牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉。另一种称做等倾干涉。当不同 倾角的光入射到折射率均匀,上、下表面平行的薄膜上时,同一倾角的光经薄膜上、下 表面反射(或折射)后相遇形成同一级干涉条纹,不同的干涉明纹或暗纹对应不同的 倾角,这种干涉称做等倾干涉。

等倾干涉思考题

实验中毛玻璃起什么作用 为什么观察等倾干涉条纹要用通过毛玻璃的光来照明 等倾干涉的条纹级次只与入射光的角度相关 因为d不变 不同入射角对应不同的光程差 相同入射角对于相同光程差 也就对于相同的明暗条纹 与光源的位置无关 因此面光源照明时 面光源上各个点源都形成一套条纹且条纹明暗大小一致而且互不错位 它们的非相干叠加的结果是使条纹的明暗对比增强 利于观测。 目前实验的光源一般为激光器 用它产生等倾条纹时 人们嫌它发出的激光方向性太好 不能呈现完满的等倾条纹 为此在光路中有意加入毛玻璃作为散射板 将定向激光光束转化为扩展光源 1.这里观察到的环形干涉条纹 从外观上看 与牛顿环有哪些相似之处?从产生的原因 和由内向外级次的变化来看有何不同? 答 从外观上看都是同心园环 而牛顿环是等厚干涉 这里是等倾干涉 牛顿环是低级次的干涉条纹在中心 越外级次越高 而迈氏干涉正相反。2. 在M1如图3-14-4 所示的移动过程中 将看到条纹的疏密和运动情况有何变化? 答 从密到疏 从疏到密 从条纹向环心缩进到从环心向外涌出。 3. 白光照射下 M1在G1和M2′之间并逐渐向M2′移动过程中 能否观察到彩色干涉条纹?可否用这种做法来测量薄膜厚度?为什么? 答 能观察到 但是在实际测量中 一般不采用这种做法 原因是对初学者而言 由于实验经验等因素 非常容易产生回程误差 给实验结果带来影响 5、思考题①如何正确选择放大电路的静态工作点 在调试中应注意什么 答 应将静态工作点设置在交流负载线的中点 对于前置放大器 由于处理的信号幅度较小 不容易出现截幅现象 而应着重考虑放大器的噪声、增益、输入阻抗、稳定性等方面 所以一般设置静态工作点在交流负载线中点以下偏低位置。②调节静态工作点一般通过改变RB的阻值来进行。若减小RB的阻值 可使ICQ增大 VCEQ减小 增大RB则作用相反。调节工作点前 应先用图解法根据交流负载线确定最佳工作点的值 ICQ、VCEQ 然后给待测放大器加电后 用万用表测量VCEQ 调节RB 使VCEQ达到设计值。必要时 需要在放大器输入端输入一定幅度的正弦信号 用示波器观察输出波形 并调节RB 使输出信号的失真最小。实验中 为调节静态工作点方便 RB采用了可变电阻RW。注意 调试过程中应将输入信号由小逐渐增大 同时调节RP1使输出电压达到最大而又不失真 在示波器中观察波形图时要选择合适的幅值和频率以便清晰观察。③对放大电路静态工作点Q有无影响 对放大倍数AU有无影响 答 放大电路静态工作点Q只与输入电阻、输出电阻有关 与负载电阻RL变化无关 由公式beLCiourRRUUA)//(1 可知负载RL 放大倍数Au越大。④放大电路中 那些元件是决定电路的静态工作点的 在图1所示放大电路中可知决定电路静态工作点的元件有 RP1、RB11、RB12、RC1、RE、RE1

大学物理实验思考题解答

迈克尔逊干涉仪的使用 [预习思考题] 1.迈氏干涉仪的结构主要由哪几部分构成? 答:由动镜、定镜、分光镜、补偿镜四个精制的光学镜片组成的干涉系统,一套精密的传动装置组成的观测系统和安放在稳定度大的底座所组成。观测系统可使测读数达7位有效数字。 2.根据迈克尔逊干涉仪的光路,说明各光学元件的作用。 答:在迈克尔逊干涉仪光路图中,分光板G将光线分成反射与透射两束; 补偿板G/使两束光通过玻璃板的光程相等;动镜M 1和定镜M 2 分别反射透射 光束和反射光束;凸透镜将激光汇聚扩束。 3.简述调出等倾干涉条纹的条件及程序。 答:因为公式λ=2△d △k 是根据等倾干涉条纹花样推导出来的,要用此式 测定λ,就必须使M 1馆和M 2 /(M 2 的虚像)相互平行,即M 1 和M 2 相互垂直。 另外还要有较强而均匀的入射光。调节的主要程序是: ①用水准器调节迈氏仪水平;目测调节激光管(本实验室采用激光光源)中心轴线,凸透镜中心及分束镜中心三者的连线大致垂直于定镜M 2 。 ②开启激光电源,用纸片挡住M 1,调节M 2 背面的三个螺钉,使反射光点 中最亮的一点返回发射孔;再用同样的方法,使M 1 反射的最亮光点返回发射 孔,此时M 1和M 2 /基本互相平行。 ③微调M 2的互相垂直的两个拉簧,改变M 2 的取向,直到出现圆形干涉 条纹,此时可以认为M 1与M 2 /已经平行了。同方向旋动大、小鼓轮,就可以 观察到非定域的等倾干涉环纹的“冒”或“缩”。 4.读数前怎样调整干涉仪的零点? 答:按某一方向旋动微调鼓轮,观察到圆环的“冒”或“缩”后,继续按原方向旋转微调鼓轮,使其“0”刻线与准线对齐;然后以相同方向转动粗调鼓轮,从读数窗内观察,使其某一刻度线与准线对齐。此时调零完成,测量中只能按最初的旋转方向,转动微调鼓轮,不可再动粗调鼓轮。 5.什么是空程?测量中如何操作才能避免引入空程? 答:装在导轨上的动镜M 1 ,通过传动系统与丝杆相连。微调鼓轮与丝杆 间通过蜗轮蜗杆的传动方式连结。转动微调鼓轮时,M 1 在导轨上移动。由于螺 母与丝杆有间隙,反向旋转鼓轮时,M 1 并未随之马上反向移动,而鼓轮上的读数已经发生变化,这便造成了空程误差。在测量中只沿一个方向转动微调鼓轮,中途不反转,则可避免引入空程。 6.什么条件下产生等倾干涉,什么条件下产生等厚干涉? 7.等倾干涉原理?

光的干涉(二)

光的干涉(二) 回顾:上节课重点放在杨氏双缝实验和薄膜的干涉(等倾干涉)。 杨氏双缝实验的干涉条纹是用x坐标来定位的: ; 。其中0级明纹的位置是两相干光到干涉点光程差为0的位置。光的干涉(一)第4题中由于s的下移,使得 , 到原点时就有了位相差,要保证从S发出的光一分为二后再到达0点处时光程差为0,必须满足: ,所以,条纹上移。 薄膜的干涉与杨氏双缝不同处有两点:1、杨氏双缝实验是利用分波阵面法获得相干光的,而薄膜的干涉是分振幅法获得相干光。2、杨氏双缝实验中两相干光是在同一介质中传播后相遇的;而薄膜的干涉中,两相干光是在不同的介质中传播后再相遇的,因此要用到光程的概念。 在分析薄膜的干涉结果时,半波损失的概念十分重要,无论是反射光干涉还是透射光干涉情形,若相干的两束光在相遇前,其中有一束光经历了半波损失(无论是在薄膜的上表面还是下表面)相遇时的光程差用(5)式: ;若两相干光在相遇前都经历了半波损失或都没经历半波损失,应用(6)式: 。 五、等厚干涉

等厚干涉包括两部分内容,劈尖干涉和牛顿环。 1、劈尖干涉——上面讨论的是光波在厚度均匀的薄膜上的干涉,现讨论它的一种特殊情况,光波垂直照射( )在劈尖形状的薄膜上的干涉。 两块平面玻璃板,一端相叠合,另一端夹一薄纸片,之间形成空气劈尖。空气薄膜厚度相等的等厚线是垂直于纸面向里的平行平面(见图)。当平行单色光垂直入射于两玻璃片时,在空气劈尖的上、下两表面所引起的反射光线将形成相干光。 光在下表面反射有半波损失, 光在上表面反射无半波损失。 将 代入(5)式: 。 若 干涉相长;

若 干涉相消。 对劈尖干涉的讨论: 1)、劈尖顶处的干涉情况:当 时, ,意为两光相遇时位相正好相反,所以在劈尖顶处,即两玻璃片接触处,应看到暗纹。且为对应于k=0的零级暗纹。 2)、等厚干涉的意义:由 式知,当 一定时,劈尖形状薄膜中厚度 相等的各点两反射光相遇时具有相同的光程差。所以应对应同一条明或暗条纹。由于等厚线是垂直于纸面向里的平行平面,所以,劈尖的干涉条纹应该是平行于棱边的明、暗相间的等间隔直条纹。因此,这种干涉也称为等厚干涉。 3)、折射率为 的劈尖:在阳光下常见到玻璃劈尖上会出现彩色条纹,对玻璃劈来说,其周围介质为空气,且 。两反射相干光相遇时的光程差 。

光的干涉 知识点总结

第二章 光的干涉 知识点总结 2.1.1光的干涉现象 两束(或多束)光在相遇的区域内产生相干叠加,各点的光强不同于各光波单独作用所产生的光强之和,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象,称为光的干涉现象。 2.1.2干涉原理 注:波的叠加原理和独立性原理成立于线性介质中,本书主要讨论的就是线性介质中的情况. (1)光波的独立传播原理 当两列波或多列波在同一波场中传播时,每一列波的传播方式都不因其他波的存在而受到影响,每列波仍然保持原有的特性(频率、波长、振动方向、传播方向等) (2)光波的叠加原理 在两列或多列波的交叠区域,波场中某点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之和。 波叠加例子用到的数学技巧: (1) (2) 注: 叠加结果为光波复振幅的矢量和,而非强度和。 分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度和)和非相干叠加(叠加场的光强等于参与叠加的波的强度和). 2.1.3波叠加的相干条件 干涉项: 相干条件: (干涉项不为零) (为了获得稳定的叠加分布) (为了使干涉场强不随时间变化) 2.1.4 干涉场的衬比度 1.两束平行光的干涉场(学会推导) (1)两束平行光的干涉场 干涉场强分布: 2 ω=10⋅r E E 20ϕ-()() 21212 1212()()()2=+⋅+=++⋅r r r r r r r r r I r E E E E I r I r E E 12102012201021212010212{cos()()()cos()()()} ⋅=⋅+⋅++-++-⋅+---r r r r v v v v v E E E E k k r t k k r t ϕϕωωϕϕωω( ) ()() * 12121212,(,)(,)(,)(,)2 cos =++=++∆%%%%I x y U x y U x y U x y U x y I I I I ϕ

迈克尔逊干涉仪实验报告思考题

迈克尔逊干涉仪实验报告思考题 篇一:迈克尔逊干涉仪实验思考题 1. 实验中毛玻璃起什么作用?为什么观察等倾干涉条纹要用通过毛玻璃的光来照明? 等倾干涉的条纹级次只与入射光的角度相关(因为d不变),不同入射角对应不同的光程差,相同入射角对于相同光程差,也就对于相同的明暗条纹,与光源的位置无关,因此面光源照明时,面光源上各个点源都形成一套条纹且条纹明暗大小一致而且互不错位,它们的非相干叠加的结果是使条纹的明暗对比增强,利于观测。??目前实验的光源一般为激光器,用它产生等倾条纹时,人们嫌它发出的激 光方向性太好,不能呈现完满的等倾条纹,为此在光路中有意加入毛玻璃作为散射板,将定向激光光束转化为扩展光源 2. 迈克尔逊干涉仪常被用来测量空气的折射率。请说明测量原理并导出测量公式。 若将短焦距的发散激光束入射至迈克尔逊干涉仪,经M1、M2反射后,相当于由两个相干性极好的虚光源S1和S2发出的球面波前形成的干涉。由于在M2与接收屏之间的空间中传播的光波处处相干,故干涉图象的形状与接收屏的位置和取向有关。当M2平行于M1’,接收''SSSS2时,条纹为椭圆

簇或直线簇;此121屏垂直于时,条纹为同心圆环;当接收屏不垂直 外,干涉环的吞吐,移动的规律与等倾干涉时相同。 在调出非定域圆条纹的基础上,将小气室插入到图1所示的位置中,把小气室加压,使气压变化?P1,从而使气体的折射率改变?n。当气室内压逐渐升高时,气室所在范围内光程差变化2D?n,在白屏上可观察到干涉条纹也在不断变化,记下干涉条纹变化的总数N条,则有2D?n?N?,得式中D为小气室的厚度。 理论可以证明,当温度一定时,气压不太高时,气体折射率的变化量?n与气压的变化量P成正比: n?1?n???p常数 p n?1? 故 将(1)式代入上式可得: ?nP?P n?1? N?P?2D?P (2) 公式(2)给出了气压为P时(实验中如有测量,则以测量为准;如没有测量则以一个标准大气压为准)的空气折射

光的干涉及其应用

光的干涉及其应用

光的干涉及其与应用 (作者:赵迪) 摘要我们通过对光的干涉本质、种类及其各种应用做了一定的查阅与思考,汇总成为该文章。中文中重点介绍的是,光的干涉在日常生活中、普通物理实验中的应用以及在天文学方面的发展和应用,由于文章内容和字数的限制,我们不能对所有提到的应用做出详细的表述,仅取其中的几个例子进行具体的介绍。 关键词光的干涉等倾干涉等厚干涉照相技术天文学 1 绪论 我们知道在光学的发展史上,“光的本质”这个问题进行了将近4个世纪的争论,直到爱因斯坦提出“波粒二象性”才将这个问题的争论暂时告一段落,本文所提到的的光的干涉现象就是这段精彩历史上不可磨灭的一部分。 1801年的英国由托马斯·杨设计的杨氏双缝干涉实验使得“微粒说”近乎土崩瓦解,并强有力的支持了“波动说”。1811年,阿拉格首先研究了偏振光的干涉现象。现代生活中,光的干涉已经广泛的用于精密计量、天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工中的自控等许多领域。 虽然“波粒二象性”已经作为主流说法,终结了这个问题的争论,但是对于现代生活来说,光的干涉及其理论所带来的影响却是不可或缺的。我们将在本文中简单介绍一下光的干涉在日常生活中、普通物理实验中的应用以及在天文学方面的发展和应用。

器发出的光波的干涉,也是能够观察到的。另外,以双波干涉为例还要求:③两列波的振幅不得相差悬殊;④在叠加点两波的偏振面大体一致。 以上四点即为通常所说的相干条件。满足这些条件的两个或多个光源或光波,称为相干光源或相干光波。 2.4 光的干涉分类 光的干涉根据产生条件的不同,可以分成三大类:分波阵面法(分波面法)、分振幅法(分光强法)、分振动法。 2.4.1 分波面法 分波面法的典型实验是1801年由托马斯·杨设计的杨氏双缝干涉实验。两个点光源的干涉实验中,两振源是装在同一支架上的振子,其装置如图: 图2-4-1 杨氏实验装置简图 杨氏双缝干涉实验的实验结果是:在观察屏上出现等宽、等间距的、明暗相间的条纹。实验使得“微粒说”近乎土崩瓦解,并强有力的支持了“波动说”。另外,分波面法得到干涉现象典型的实验还有菲涅尔双面镜干涉、菲涅尔双棱镜干涉、劳埃镜干涉不细展开。 2.4.2 分振幅法 分阵幅法的典型例子有两种:等倾干涉和等厚干涉。 为防止重复,后面要介绍的应用中会具体展开相关内容。 3 光的干涉的应用 3.1 等倾干涉的实际应用

光的干涉知识点总结

第二章 光的干涉 知识点总结 2.1.1 光的干涉现象 两束(或多束)光在相遇的区域内产生相干叠加,各点的光强不同于各光波单独作用所产生的 光强之和,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象 ,称为光的干涉现象。 2.1.2 干涉原理 注:波的叠加原理和独立性原理成立于线性介质中 ,本书主要讨论的就是线性介质中的情况 . (1)光波的独立传播原理 当两列波或多列波在同一波场中传播时, 每一列波的传播方式都不因其他波的存在而受到影 响,每列波仍然保持原有的特性(频率、波长、振动方向、传播方向等) (2)光波的叠加原理 在两列或多列波的交叠区域, 波场中某点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之 和。 波叠加例子用到的数学技巧: (1) (2) 注: 叠加结果为光波复振幅的矢量和,而非强度和。 分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度和 )和非相干叠加 (叠加场的光强等 于参与叠加的波的强度和). 2.1.3 波叠加的相干条件 I (r ) = (E 1 + E 2 ) . (E 1 + E 2 ) 2 = I 1 (r ) + I 2 (r ) + 2 E 1 . E 2 干涉项: 2 E 1 . E 2 = E 10 . E 20 {cos(k 1 + k 2 ) . r + (Q 20 +Q 10 ) 一 (O 2 + O 1 )t + 相干条件: E 10 . E 20 士 0 (干涉项不为零) O 2 = O 1 (为了获得稳定的叠加分布) Q 20 一 Q 10 = 常数 (为了使干涉场强不随时间变化) 2.1.4 干涉场的衬比度 1.两束平行光的干涉场(学会推导) (1)两束平行光的干涉场 cos(k 2 一 k 1 ) . r + (Q 20 一 Q 10 ) 一 (O 2 一 O 1 )t }

相关文档
最新文档