劈尖劈尖干涉
劈尖干涉测细丝直径ppt课件
n1
n1
e
n6Βιβλιοθήκη 、劈尖干涉测细丝直径原理装置
光程差
明纹 暗纹
7
2、劈尖干涉测细丝直径原理
劈尖干涉条纹分布特点 光程差：
（1） 棱边处：
有半波损失，光程差：
为暗纹。
2
棱边处为0级暗纹。
条纹级次依次增大
8
2、劈尖干涉测细丝直径原理
（2）相邻明纹 (或暗纹) 所对应的薄膜厚度差
测细丝的直径
θ D
L
（1）利用显微镜读数标尺测
出N个条纹长度，例如：30条
l
明条纹间长4.295mm；
l = 4.295/29mm
12
2、劈尖干涉测细丝直径原理
测细丝的直径
D
L
l
DL
2l
13
3、小结 （1）微小量测量-- 劈尖干涉法
（2）干涉条纹特点 （3）细丝直径测量：
14
思考：
已知波长λ，如何通过劈尖干涉条纹数目变 化测膨胀量△l ？
15
l
ek
e
ek1
9
2、劈尖干涉测细丝直径原理
（3）相邻明纹 (或暗纹) 间距
l
e
ek ek1
l 2
10
2、劈尖干涉测细丝直径原理
劈尖干涉条纹变化特点
相邻明纹 (或暗纹) 间距 l 2
变大条纹变密，反
之变疏。
每一条纹对应劈尖 内的一个厚度，厚度改 变时，对应的条纹随之 移动。
11
2、劈尖干涉测细丝直径原理
1
内容导航
劈尖干涉简介 劈尖干涉测细丝直径原理
总结与思考
简述劈尖干涉的原理及应用
简述劈尖干涉的原理及应用1. 劈尖干涉的原理劈尖干涉是一种基于光的干涉现象的测量技术。
它是利用光的干涉现象来测量物体表面的形状、表面粗糙度、光学特性等。
劈尖干涉是通过将光束通过劈尖棱镜进行分束，然后再将分束后的光束再次合束，观察干涉条纹的变化来获得所测量的信息。
劈尖干涉的原理主要有以下几个方面：•光的干涉：光的干涉是指两束或多束光相互叠加形成干涉条纹的现象。
干涉条纹的形成是因为光波的波动性质导致了波峰和波谷的相遇，使得光强的分布呈现出明暗相间的条纹。
•劈尖棱镜：劈尖棱镜是一种特殊形状的光学元件，其形状类似于一个三角形。
劈尖棱镜可以将入射光分成两束，并在不同的位置重新合成，形成干涉条纹。
•干涉条纹：劈尖干涉的主要观测对象是干涉条纹。
干涉条纹是通过观察光的干涉现象形成的。
当两束光的光程差为波长的整数倍时，二者相干叠加形成明纹；当光程差为波长的半整数倍时，二者相干叠加形成暗纹。
2. 劈尖干涉的应用劈尖干涉作为一种测量技术，具有广泛的应用领域。
以下列举了几个常见的应用：•表面形状测量：劈尖干涉可以用于测量物体表面的形状。
通过观察干涉条纹的变化，可以获得物体表面的高程信息，从而实现对物体形状的测量和分析。
•表面粗糙度测量：劈尖干涉还可以用于测量物体表面的粗糙度。
粗糙的表面会导致干涉条纹的扩散和变宽，而光滑的表面则会产生清晰的干涉条纹。
通过观察干涉条纹的特征，可以判断表面的粗糙度。
•光学元件的质量检测：劈尖干涉可以用于光学元件的质量检测。
通过观察干涉条纹的形态，可以判断光学元件的表面质量、形状是否满足要求，从而提高光学元件的生产质量。
•光学薄膜的测量：劈尖干涉还可以用于光学薄膜的测量。
光学薄膜通常具有一定的反射和透射特性，通过观察干涉条纹的变化，可以获得光学薄膜的厚度、膜层结构等信息。
•生物医学应用：劈尖干涉在生物医学领域具有重要的应用。
例如，可以利用劈尖干涉技术来检测细胞的变形、细胞核的形态变化等现象，从而研究细胞的生物学特性。
2009-2010第21次课 等厚干涉 劈尖、牛顿环
2n
6
b
θ
3.相邻条纹间距 相邻条纹间距
dk
θ
dk+1
∆d
∆d λ b= = Q θ 很小， sin θ ≈ θ sin θ 2n sin θ
7
b=
λ
2n sin θ
λ ≈ 2nθ
λ
θ=
λ
2nb
θ
n
8
4.空气劈尖 空气劈尖
n
b
n1 n1
d
∆ = 2d +
λ
2
kλ , k = 1,2,L ∆= λ
2 k
dk
r dk = 2R
2 k
22
λ = 2n r + λ ∆ = 2ndk +
2 k
2
2R
2
r dk = 2R
( k = 1,2L) 加强
2 k
r λ = + = R 2
2 k
kλ
(2k + 1)
λ
2
( k = 0,1,2L) 减弱
r λ + = kλ R 2
2 k
牛顿环半径： 牛顿环半径： 明环由
•测量未知单色平行光的波长、测透镜曲率半径 测量未知单色平行光的波长、 测量未知单色平行光的波长
用读数显微镜测量第 k 级和第 m 级暗环 半径 rk、rm
rk = kRλ rm = mRλ
2 k
r − r = mRλ − kRλ
2 m
(r − r ) λ= (m − k ) R
2 m 2 k
(D − D ) λ= 4(m − k ) R
例2
解
Q
θ=
λ
2nb
劈尖干涉的概念
劈尖干涉的概念劈尖干涉是光学中的一种干涉现象，它是由于光波传播过程中的相位差引起的。
光波在传播过程中会受到介质的折射、反射以及多种光程差等影响，具体形成劈尖干涉的条件包括：光源要具有一定的自然宽度，如波长的分布、色散等；光通过的介质要有相应的折射率；光束要能够分割成两个或多个波前；光程差必须足够稳定等。
当这些条件齐全时，劈尖干涉现象就会出现。
劈尖干涉的观察装置主要由一个劈尖和一个检测器组成。
劈尖是一种光学元件，它能够将来自光源的光束分成两束，并使它们出射的方向保持一致。
检测器用于记录两束光通过不同光程之后的光强分布。
劈尖干涉现象的本质是两束光波在相遇时发生干涉。
当两束光波波前重叠时，它们会相互干涉，产生明暗相间的干涉条纹。
这些干涉条纹的出现是由于相干光波的干涉和波动性质所引起的，它们可用于测量光源的特性（如波长、自然宽度等）、介质的折射率、薄膜的厚度等。
劈尖干涉的应用十分广泛。
例如在天文学中，利用劈尖干涉技术可以对恒星的直径和表面温度进行精确测量，从而了解宇宙中恒星的物理特性。
在材料科学中，劈尖干涉可以用来研究薄膜的生长过程、厚度的均匀性以及材料的光学性质。
劈尖干涉还可以应用于成像技术，利用干涉条纹的相位信息可以恢复出有关物体形状、轮廓和表面高度等准确的图像信息。
劈尖干涉的实现方法有很多种，其中常用的有马赫-曾德尔干涉仪、杨氏干涉仪等。
马赫-曾德尔干涉仪是一种利用半反射片和平行光板构成的装置，可以观察到高对比度的干涉条纹。
而杨氏干涉仪则是利用一束平行光通过两个狭缝后形成的干涉现象，可以实现非常精确的测量。
总结来说，劈尖干涉是一种利用光波的相干性和波动性质产生的干涉现象。
它通过观察干涉条纹来研究光源、介质和物体的性质。
劈尖干涉在天文学、材料科学和成像技术等领域有着广泛的应用。
通过选择合适的观察装置和分析方法，可以获得准确的物理测量结果。
劈尖干涉公式_劈尖干涉条纹的特征.PPT
劈尖⼲涉公式_劈尖⼲涉条纹的特征.PPT劈尖⼲涉条纹的特征n1 n2 n3 §17-5 薄膜⼲涉—等厚条纹 1. 等厚⼲涉条纹 i b a a’ b’ A B C 当⼀束平⾏光⼊射到厚度不均匀的透明介质薄膜上，如图所⽰，两光线 a 和b 的光程差： 当 i 保持不变时，光程差仅与膜的厚度有关，凡厚度相同的地⽅光程差相同，从⽽对应同⼀条⼲涉条纹--- 等厚⼲涉条纹。
为此，明纹和暗纹出现的条件为： 明纹 暗纹 实际应⽤中，通常使光线垂直⼊射膜⾯， 即 ，光程差公式简化为： 等厚⼲涉条纹 ：为因为半波损失⽽⽣产的附加光程差。
当薄膜上、下表⾯的反射光都存在或都不存在半波损失时，其光程差为: 当反射光之⼀存在半波损失时，其光程差应加上附加光程 ?/2 ,即： 等厚⼲涉条纹 劈尖：薄膜的两个表⾯是平⾯,其间有很⼩夹⾓。
2. 劈尖膜 2.1 劈尖⼲涉光程差的计算 ?=2ne ? ? n · A 反射光2 反射光1 ⼊射光(单⾊平⾏光垂直⼊射) e 空⽓介质 +?/2 当光从光疏介质⼊射到光密介质的表⾯反射时 劈 尖 膜 B 2.2 劈尖明暗条纹的判据 当光程差等于波长的整数倍时，出现⼲涉加强的现象，形成明条纹；当光程差等于波长的奇数倍时，出现⼲涉减弱的现象，形成暗条纹。
明纹 暗纹 劈 尖 膜 …… 2.3 劈尖⼲涉条纹的特征 (1)明、暗条纹处的膜厚： ⼀系列明暗相间的、平⾏于棱边的平直条纹。
劈 尖 膜 2.3 劈尖⼲涉条纹的特征 (2)相邻明纹(或暗纹)所对应的薄膜厚度之差 ?e = ek+1-ek = (2k+1)?/4n -(2k-1)?/4n = ?/2n 相邻明纹(或暗纹)所对应的薄膜厚度之差相同。
e k ek+1 ?e ? 明纹 暗纹 劈 尖 膜 2.3 劈尖⼲涉条纹的特征 (3)两相邻明纹(或暗纹)的间距 结论： a.条纹等间距分布 b.夹⾓?越⼩，条纹越疏；反之则密。
13-5 劈尖干涉 牛顿环
2nl
将 n 1.4, l 0.25cm, 7 10 cm ，代入得
7 10 sin 104 2nl 2 1.4 0.25
因sinθ很小，所以
第13章 光的干涉
5
sin 104 rad
解
如图：按明条纹出现的条件，ek 和 ek 1 应满足下
列两式：
2nek
2nek 1
2
k
(k 1)
2
第13章 光的干涉
13－5
劈尖干涉
牛顿环
7
n(ek 1 ek )
2
ek 1 ek
2n
l sin ek 1 ek
sin
第13章 光的干涉
13－5 讨论
劈尖干涉
牛顿环
4
（1） e 0 时，
2 （2）劈尖干涉的直条纹中，任何两条相邻明纹或暗纹 的距离是相同的，即条纹间距相等。
1 1 1 1 ek 1ll e sin ((k k 1) 1) k k sin k
5
逐渐变暗后又逐渐变亮（或由暗逐渐变亮后又逐渐变暗），好像干涉 条纹移动了一条似的。若观察到条纹移动了N条，则该处空气隙厚度 改变 N 的距离。
2 章 光的干涉 第13
某处的空气膜厚度改变 2 的过程中，将观察到该处干涉条纹由亮
13－5
劈尖干涉
牛顿环
6
例13.4 利用劈尖干涉可以测量微小角度.如图所示， 折射率 n 1.4 的劈尖在某单色光的垂直照射下，测得 两相邻明条纹之间的距离是l=0.25 cm.已知单色光在 空气中的波长 700 nm ，求劈尖的顶角θ.
劈尖干涉
用劈尖干涉法测膜厚。
例： A 、 B 处恰为
A
明纹中心，其间共有
N条暗纹。
B
sio2 e
si
n1 1 n2 1.57
nn33 33..4422
解： 相邻条纹高差
2n2
由棱边 A 到B 处 有 N 个明纹间隔
则 l N 2n2
eB N 2n2
解：由于同一条纹下的空气薄膜
l
厚度相同，由图的纹路弯曲情况
知，工件表面的纹路是凹下去的。
a
由图：H = a sin
因 ：l sin = / 2,
标准平面 H
纹路深度为： H a l2
工件
测量金属细丝的直径
将金属丝夹在两薄
D
玻璃片之间，形成劈尖，
用单色平行光照射形成
等厚干涉条纹。
L
sin D 由： l sin
4 ）干涉条纹的移动
l 2n
1
每一条纹对 应劈尖内的一 个厚度，当此 厚度位置改变 时，对应的条 纹随之移动。
平移时：
相邻两条纹之 间的光程差相差λ， 对应的劈尖膜厚度 相差为：
ek1 ek 2n
当膜厚增加λ/ 2n
的距离时，上下表面的 反射光的光程差增加一 个λ，条纹移动一级。
如果观察到某处干涉条纹（明纹或暗纹）移过 了N 条，即表明劈尖膜的厚度增加了 Nλ/2n 。
2）相邻明纹 (或暗纹) 所对应的薄膜厚度差 l
2nek1 2nek (k 1) k
e
ek ek1
e ek1 ek 2n
3）相邻明纹 (或暗纹) 的间距
l ek1 ek
sin
2n sin
2n
l
l 2n
劈尖干涉应用的原理
劈尖干涉应用的原理1. 什么是劈尖干涉劈尖干涉，也称为杨氏劈尖干涉或杨氏干涉，是一种常见的干涉现象，利用一条狭缝光源经过两个劈尖之间的空隙后，在屏幕上形成一系列条纹。
劈尖干涉广泛应用于光学实验和科研领域，具有重要的理论和实践意义。
2. 劈尖干涉的原理劈尖干涉的原理基于光的波动性和干涉现象。
1.波动性：光可以被视为一种电磁波，具有波动性。
光的波动性是劈尖干涉产生的前提。
2.干涉现象：当两束或多束光波相遇时，由于光波的相位差和干涉条件的影响，会在空间中形成干涉图案，即出现亮暗交替的条纹。
3. 劈尖干涉的产生过程劈尖干涉区别于其他干涉方法的是它的光源。
光源通过劈尖的狭缝射出一束平行的光线，这条光束经劈尖的空隙后，会进一步扩展并照射到屏幕上。
劈尖干涉的产生过程主要包括以下几个步骤：1.光源：使用单色光源，例如激光器或单色LED，以确保光的单色性和相干性。
2.劈尖：劈尖是一个金属片，通常有V字形或Y字形的缺口，光线通过劈尖的空隙进行干涉。
3.狭缝：光线从劈尖的狭缝中传出，形成一束平行的光线。
4.干涉：两束平行的光线经过空隙后，在屏幕上形成明暗交替的条纹。
这些条纹是光的干涉现象的结果。
4. 劈尖干涉的应用劈尖干涉在光学实验和科研领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.波长测量：劈尖干涉可以用来测量光的波长。
通过调节劈尖的空隙宽度或移动屏幕位置，可以观察到条纹的位移，从而计算出光的波长。
2.薄膜测厚：劈尖干涉可以用来测量薄膜的厚度。
当平行光束通过厚度不均匀的薄膜时，会产生不同的相位差，从而形成干涉条纹。
通过观察和分析条纹的变化，可以计算出薄膜的厚度。
3.空气中的折射率测量：劈尖干涉可以用来测量空气中的折射率。
当光线通过空气时，由于空气的折射率与压力和温度有关，会导致光程差的变化。
通过观察条纹的变化，可以推导出空气的折射率。
4.需要高空间相干性的实验：劈尖干涉可以用于需要高空间相干性的实验，例如干涉滤光片的制备和光栅标定等。
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光的干涉 n1 =1.20)污染了某 例3 一油轮漏出的油(折射率 海域, 在海水( n2 =1.30)表面形成一层薄薄的油污.
第一节
2n1d , k 1,2, (1) Δr 2dn1 k k k 1, 2n1d 1104 nm k 2, n1d 552nm 绿色
光的干涉
波阵面分割法
振幅分割法
s1
光源 *
s2
第一节
三 杨氏双缝干涉实验
光的干涉
B
s
s1
d o
r1
r
D
p
r2
x
o
s2
x r d sin d D D k d x
加强 k 0,1,2, (2k 1) 2 减弱 明纹 暗纹
k
D ( 2 k 1) d 2
第十一章 波动光学
教学基本要求
第十一章 波动光学
1. 了解光的相干性，掌握双缝干涉、洛埃镜实验和 薄膜干涉现象的产生条件和计算方法。
2. 理解惠更斯-菲涅耳原理，掌握单缝衍射、光栅衍 射和X射线衍射现象产生的条件和计算方法。 3. 了解光的偏振和物质的旋光现象，掌握马吕斯定 律的应用和物质旋光度的测量方法。
(2) 若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离.
解
D x14 x4 x1 k 4 k1 d d x14 D 500nm（2） x 3.0 mm D k4 k1 d
D （1） x k , k 0 , 1, 2, k d
第一节
例1
光的干涉
有一玻璃劈尖 , 放在空气中 , 劈尖夹 5 角 8 10 rad , 用波长 589 nm 的单色光垂直 入射时 , 测得干涉条纹的宽度 b 2.4mm , 求 这玻 璃的 折射率. 解
第一节
当光线垂直入射时 i
当
光的干涉
0
n2 n1
时
Δr 2dn2
当
2
时
n1 n2 n1 n1 n2 n3
n3 n2 n1
Δr 2dn2
(1) 如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾 驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm, 则他将观察到油层呈什么颜色? (2) 如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油 层呈什么颜色? 解
E'
E
s1
d
K
s2
M
L
D
半波损失 ：光从光速较大的介质射向光速较小的 介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了 π ，相 当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差， 称为半波损失.
第一节
光的干涉
例1 以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与 屏幕的垂直距离为1m. (1) 从第一级明 纹 到同侧 的第四级明 纹的距离为 7.5mm,求单色光的波长;
第一节
五 薄膜干涉
光的干涉
n2 n1
加强
1
M1 M2
k
2
L 3
P
Δr ( 2k 1)
2 (k 0,1,2,)
减弱
n1
n2
i
D C
A B 4
d
E 5
n1
光程差的讨论
s1 *
波程差
r1
r2
r r2 r 1
Δr Δ 2π λ
P
相位差
s 2*
n
光程差
Δr nr2 r1
明纹
b
k , k 1,2, Δ
(2k 1) , k 0,1, 暗纹 2
第一节
n1 n
光的干涉
讨论
b
n
L
1）劈尖
d 0
n / 2
D
Δ 为暗纹. 2
d
1 (k ) （明纹） 2 2n
n1
b
劈尖干涉
k 2n （暗纹）
第一节
光的干涉
2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差
k 0,1,2,
第一节
明暗条纹的位置
光的干涉
x
讨论
D ( 2k 1) d 2
D k d
明纹
暗纹
k 0,1,2,
1) 白光照射时，出现彩色条纹 2) 条纹间距 3） 条纹间距
D (k 1) x d x与d 、 D、 的关系
第一节
四 洛埃镜实验
光的干涉
第一节
一 光是一种电磁波
光的干涉
r E E0 cos (t ) u r H H 0 cos (t ) u
平面电磁波方程
光矢量 用 E 矢量表示光矢量, 它在引起人眼视
觉和底片感光上起主要作用 . 真空中的光速
c
1
0 0
14 14
可见光的范围
: 400 ~ 760nm : 7.5 10 ~ 4.3 10 Hz
2n1d 315 .4nm 4 1/ 2
红光 紫光
紫 红 色
第一节
光的干涉
应用一：增透膜和增反膜
利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率 . 例4 为了增加透射率 , 求 氟化镁膜的最小厚度. 已知 空气 n1 1.00 ,氟化镁 n2 1.38 , 550nm
23 解 取
第一节
二 相干光
光的干涉
1）普通光源的发光机制
1
2 P
8 10
激 发 态
跃迁
En
t : 10 ~ 10 s
自发辐射
普通光源发光特 点： 原子发光是断续 的，每次发光形成一 长度有限的波列, 各 原子各次发光相互独 立，各波列互不相干.
基态
原子能级及发光跃迁
E h
第一节
2）相干光的产生
d i 1 d i
2n
n
2
b
b
n1 n
D L
n 2
L
n
n / 2
D
3）条纹间距（明纹或暗纹）
n1
b 2 n
n D L L 2b 2nb
b
劈尖干涉
第一节
4 ）干涉条纹的移动
光的干涉
每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动.
k 3, 2 n1d 368 nm 3
第一节
(2) 透射光的光程差
光的干涉
Δt 2dn1 / 2
k 1,
k 2,
k 3,
k 4,
2n1d 2208 nm 1 1/ 2
2n1d 736 nm 2 1/ 2 2n1d 441 .6nm 3 1/ 2
Δr 2dn2 (2k 1)
n1 n2
玻璃
d n3 n2
则
氟化镁为增透膜
99.6nm d d min 4n2 （增强） Δt 2n2 d
2
k 0
减弱
2
第一节
应用二：劈 尖
光的干涉
n
n1 n1
T
L
d
S
劈尖角
M
Δ 2nd
DLeabharlann 2 n n1