12章光的干涉(3)

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工程光学第十二章课后答案

工程光学第十二章课后答案

w.
(2) 0 q 1
n 1.5 600 0.00336(rad ) 2 2n' 1h 2 0.067 2 10 6
co
R10=0.67(mm)
当中心是亮纹时 q=1 当中心是暗纹时 q=0.5 其它情况时为一个分数
1 n 1.5 600 N 1 q q 1=0.067(rad ) 3.843o 6 2 10 n' h (mm) RN 20 0.067 13.4

m

2n
解 : (1)斜率k
0.1 1 100 1000
y kx
1 x 1000
0 x 100mm | y | z2 2R
z 2 R 2 ( R y ) 2 2 R | y | | y |2 h 1 z2 x z2 x 常数 - - - (1) 1000 2 R 1000 2000
x x2 x1 6 m
2。在杨氏实验中,两小孔距离为 1mm,观察屏离小孔的距离为 50cm,当用一片折射率 1.58 的透明薄片帖住其中一个小孔时发现屏上的条纹系统移动了 0.5cm,试决定试件厚度。
案 网
r2 D
w.
2 1 2 2 2 2
S1
x=5mm
后 答
L
da
r1
S2
r1
CT C / D, C 2

长度。
解:
当 =632.8nm 时
w.
相干长度
ww
7。直径为 0.1mm 的一段钨丝用作杨氏实验的光源,为使横向相干宽度大于 1mm,双孔必 须与灯相距多远?
bc
kh

光学第12章_干涉和干涉系统-2010精简

光学第12章_干涉和干涉系统-2010精简


这个范围大则空间相干性好;范围小则空间相干性差.
右图中光源尺寸一定, 干涉孔径角即确定,孔 径角内的两点,距离愈 近,相干性愈好;角外 的两点不相干。
S1

S1
S2
S 2
三、光源非单色性的影响和时间相干性
光程差ΔL越大,折射光越落 后于反射光。ΔL过大,将超 过列波长度L。这时a、b光将 无法进行相干叠加。
劈尖
不规则表面
利用劈尖的等厚干涉可以测量很小的角度。
如: 今在玻璃劈尖上,垂直入射波长为 5893Å 的钠光, 测得相邻暗条纹间距为 5.0mm,若玻璃的折射率为 1.52,求此劈尖的夹角。
检查立方体
标 准 角 规 标 准 角 规
被检体
被检体
干涉膨胀仪
装置
C:铟钢作成的,热 膨胀极小; M:被检体。 M
相邻条纹的角间距:
n 1 2 2n' 1N h
反比于角间距,中心条纹疏,呈里疏外密分布。 反比于h,厚度越大,条纹越密。
透射光的等倾条纹
可见度降低,与反射互补
三、楔形平板产生的等厚干涉
(一)定域面和定域深度
油膜上的彩色条纹即为厚度很小时的等厚干涉条纹
(二)楔形平板产生的等厚条纹
在双孔后的空间,是相干光波的交叠区,形成干 涉.这种干涉,相干光波来自同一原子的发光,叫做 自相干.
双光束干涉,干涉场中某点的光强,与该点到两 光源的距离有关.因此,光强有稳定的空间分布. 在干涉场中距离双孔不太近,又不太远的区域, 处处有干涉.这种干涉称为不定域干涉.
2. 屏幕上光强分布规律 屏幕上P点光强为:
2 2 2 2

2 A1 A2 A1 A2
2 2
振幅相等:K=1 目视干涉仪:K>0.75 好 K>0.5 满意 K=0.1 可辨认

大学物理-12章:光的干涉

大学物理-12章:光的干涉

iD
n1
e
A
C n2 n1
B
n1
薄膜干涉
§4 分波面双光束干涉
一、杨氏双缝实验(1801)
装置: 稳定、明暗相间条纹
P
S1
Sd
r1
r2
y o
S2
D
物理分析:
d sin d tg yd
D
P
S1
d
r1
r2
y
o
S2 r2 r1
D
yd D
2k
2 (2k 1)
亮纹
暗纹
2
明、暗纹位置:
k 3, 2n1e / 3 368nm
讨论:
1 2k k 0,1, 2
I I1 I2 2 I1I2
if I1 I2 4I1
光的强度为最大值,干涉极大
I I1 I2 2 I1I2 cos
讨论:
2 (2k 1) k 0,1, 2
I I1 I2 2 I1I2
if I1 I2
0
光的强度为最小值,干涉极小
§3 两列单色波的干涉
2e
n22
n12
sin2
i
2
k
2ne 2 k
4ne 41.301.0107 5.20107
2k 1
2k 1
2k 1
k=1时: 5.20 107 m ----绿色光
k=2时: 1.733107 m
----紫外光,不可见
练习:一油轮漏油(n1=1.2)污染海面,在 海水(n2=1.3)表面形成一层薄油污。
随机变化
cos(2
1)
1
cos(2 1)dt 0
0
I I1 I2 非相干叠加加!

12章光的干涉(3)

12章光的干涉(3)
标准平面 待检光学面
温度升高
相邻两条纹中 h 心对应高度差 2 条纹整体移N H N 根,高度变化 2 条纹偏向膜(空气)厚部, 表示平面上有凸起。
平面上有凹坑。
5、测凸透镜的曲率半径
n1 >n2 <n3
n2 =1
R
明 k 2hn2 2k 1 暗 2 2 中心 h 0 2 顶点处为一暗斑
且这些彩色随着肥皂泡的增大而改变.解释此现 象.当肥皂泡将要破裂时,将呈现什么颜色?
三、用白光光源进行双缝实验,若用一纯红色滤光片盖 住一条缝,用一个纯蓝色滤光片盖住另一缝,则( D ) A. 干涉条纹宽度发生变化 C. 干涉条纹亮度将变化 B. 产生红色和蓝色两 套干涉条纹 D. 不产生干涉条纹 不是相干光
l Nh N
λ=539.1nm

2
l 0.620nm
N 23
6、两个直径有微小差别彼此平行的滚柱间的距离为L,夹在 两平玻璃(足够长)中间,形成空气劈尖。当单色光垂直照 射时,产生等厚干涉条纹。若两柱间距离L变大,则在L范围 内(1)干涉条纹的数目如何变化?(2)间距如何变化? 数目不变,间距变大

牛顿环
将凸透镜放在平板玻璃上,形成空气间隙.透镜与 玻璃之间形成厚度不均的空气层,空气层的厚度
自切点向四周逐渐增加,等厚点的轨迹是以切点
为中心的圆,因此等厚干涉条纹是一系列以切点 为圆心的圆环,称牛顿环.
测凸透镜的曲率半径
明 k 2hn2hk )2 rk2 rk R 2 2 2 2 Rhk hk rk rk 2hk
I max
I0 I 0 2 I1 I 2 2 1.5I 0 2 I 0 2.9 I 0

物理光学第十二章 第四节 平板的双光束干涉(楔形平板产生的等厚干涉、斐索干涉仪和迈克尔逊干涉仪)

物理光学第十二章 第四节 平板的双光束干涉(楔形平板产生的等厚干涉、斐索干涉仪和迈克尔逊干涉仪)

根据光的干涉原理组成的一个仪器,通过对这个仪器所产生的干涉 条纹的测量而达到某种测量目的,这样的光学仪器就是干涉仪。干 涉仪的种类很多,在科学研究、生产和 计量部门都有广泛的应用,但各 种干涉仪在光路结构上都存在某 些相似之处,这里了解几种典型 的双光束干涉仪。
(一)、斐索干涉仪 (二)、迈克耳逊干涉仪
kdrrdh?????????811822122激光球面干涉仪11kdn???42211213动态演14示名称用途工作原理干涉条纹性质斐索干涉仪名称用途工作原理干涉条纹性质斐索干涉仪1测定平板表面的平面度和局部误差测定平板表面的平面度和局部误差2测量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角测量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角3测量透镜的曲率半径1使标准平晶的下表面与待检平面构成空气平板使标准平晶的下表面与待检平面构成空气平板2去掉标准平晶可直接利用被测平板上下表面形成双光束干涉去掉标准平晶可直接利用被测平板上下表面形成双光束干涉3将标准平晶换成球面样板使球面样板曲面和待测曲面间将标准平晶换成球面样板使球面样板曲面和待测曲面间构成空气板进行检测1形成等厚干涉条纹2根据检测对象不同干涉光束来自不同的标准反射面和被测面根据检测对象不同干涉光束来自不同的标准反射面和被测面3干涉光反射面选择不同对应定域面位置不同干涉光反射面选择不同对应定域面位置不同典型的双光束干涉系统15率半径构成空气板进行检测迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪1确定零光程差位置确定零光程差位置2进行样品或长度测量进行样品或长度测量3精确测量单色光波长精确测量单色光波长1白光照明时加上补偿板能够同时补偿各色光的光程差以获得零级白光条纹用于准确确定零光程差位置作为精确测量基准白光照明时加上补偿板能够同时补偿各色光的光程差以获得零级白光条纹用于准确确定零光程差位置作为精确测量基准2因为干涉仪能将参考光和测量光束分开所以可将样品放置于测量光路中观察干涉条纹的变化

第十二章光的干涉和干涉系统ppt课件

第十二章光的干涉和干涉系统ppt课件

而任意一个中心发出的光波经过双孔或双缝后都能在接受屏上 由于 干涉而形成干涉强度分布,但由于各个发光中心在光源S上的位置 不同,因而在接受屏上所形成的干涉花样的位置也不同,如图所示 L、M、N所形成的干涉花样的零级条纹的位置分别为OL、OM、 ON。不同的光源所发出的光波之间不能干涉,因而只能将干涉强 度简单相加,即不同的干涉花样会相互交叠。那么观察屏上的光强 分布是什么样?
(W d ) D
其中W称为是到达屏(干涉场)上某点的两条相干光线间的夹角 叫做相干光束的会聚角。上式表明条纹间距正比于相干光的波长, 反比于相干光束的会聚角。
二、两个单色相干点光源在空间形成的干涉场
在屏幕上得到等距的直线干涉条纹是有条件的,即d《D,并且在z 轴附近的小范围内观察。但是,屏幕的位置实际上是可以在S1和S2 发出的两个光波的交叠区域内任意放置的;在屏幕任意放置的情况 下,一般就得不到等距的直线条纹。在点光源照明下,干涉条纹是 空间位置对S1和S2等光程差点的集合。
1)干涉条纹强度分布:
I
4I0
cos2
d D
x

x m D
d
(m,在0,干1涉, 场2中, 的) 点有最大光强
I 4I0

x (m 1) D
,在干涉场中的点有最小光强
(m 0, 1, 2, )
2d
2)条I纹间0 隔:

,为亮纹。 ,为暗纹。
e D
d
e
W
3)在屏幕上得到等距的直线干涉条纹
本章学习要求:
1、理解获得相干光的方法,了解干涉条纹的定域性。
2、掌握条纹可见度的定义以及空间相干性、时间相干性和光源 振幅比对条纹可见度的影响。
3、掌握以杨氏干涉装置为典型的分波前法双光束干涉,熟悉光 强分布的计算,分析干涉条纹的特征,如条纹形状、位置及间 距等。

《大学物理》第十二章 光学

《大学物理》第十二章  光学
位置 (提示:作为洛埃镜干涉分析)
h
结束 返回
解:
=a
acos2
+
2
=
2asin2
=
2
asin =h
sin =4h
a 2
h
结束 返回
12-5 一平面单色光波垂直照射在厚度 均匀的薄油膜上,油 膜 覆盖在玻璃板上, 所用 单色光的波长可以连续变化,观察到 500nm与700nm这两个波长的光在反射 中消失,油的折射率为 1.30,玻璃的折射 率为1.50。试求油膜的厚度 。
第二级明纹的宽度为
Δx
´=
Δx 2
=2.73 (mm)
结束 返回
12-15 一单色平行光束垂直照射在宽 为 1.0mm 的单缝上,在缝后放一焦距为 20m的会其透镜,已知位于透镜焦面处的 屏幕上的中央明条纹宽度为2.5mm。求入 射光波长。
结束 返回
解:
=
aΔx 2D
=
1.0×2.5 2×2.0×103
sinj
=
k (a+b)
sin =0.1786k-0.5000
在 -900 < j < 900 间,
对应的光强极大的角位置列表如下:
k
sinj j
k
sinj j
0
-0.500 -300
1
2
-0.3232 -0.1464
-18051’ -8025’
3
4
0.0304 0.2072
1045’ 11057’
结束 返回
12-22 一光栅,宽为2.0cm,共有
6000条缝。如用钠光(589.3nm)垂直入射,
中央明纹的位置? 共有几级?如钠光与光

第12章(1) 光的干涉答案

第12章(1) 光的干涉答案

图中数字为各处的折射率图16-23一、选择题【C 】1.(基础训练2)如图16-15所示,平行单色光垂直照射到薄膜上,经上下两表面反射的两束光发生干涉,若薄膜的厚度为e ,并且 n 1 < n 2 > n 3,则两束反射光在相遇点的相位差为(A ) 2πn 2e /(n 1λ1) (B )[4πn 1e / ( n 2λ1)] + π(C ) [4πn 2e / ( n 1λ1)] + π (D )4πn 2e /( n 1λ1) 解答:[C]根据折射率的大小关系n 1 < n 2 > n 3,判断,存在半波损失,因此光程 差2/2λδ+=e n 2,相位差πλπδλπϕ∆+==en 422。

其中λ为光在真空中的波长,换算成介质1n 中的波长即为11λλn =,所以答案选【C 】。

【B 】2.(基础训练6)一束波长为 λ 的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上,透明薄膜放在空气中,要使反射光得到干涉加强,则薄膜的最小厚度为(A ) λ/4 (B ) λ/(4n) (C ) λ/2 (D ) λ/(2n) 解答:[B]干涉加强对应于明纹,又因存在半波损失,所以光程差()()()2/221/4()/4nd k d k n Min d n λλλλ∆=+=⇒=-⇒=【B 】3.(基础训练8)用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上。

当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平面玻璃时,可以观察到这些环状干涉条纹(A ) 向右平移 (B ) 向中心收缩(C ) 向外扩张 (D ) 静止不动 (E ) 向左平移 解答:[B]中央条纹级次最低,随着平凸镜缓慢上移,中央条纹的级次增大即条纹向中心收缩。

【A 】4.(基础训练9)两块平玻璃构成空气劈形膜,左边为棱边,用单色平行光垂直入射。

若上面的平玻璃以棱边为轴,沿逆时针方向作微小转动,则干涉条纹的()。

(A )间隔变小,并向棱边方向平移; (B )间隔变大,并向远离棱边方向平移; (C )间隔不变,向棱边方向平移; (D )间隔变小,并向远离棱边方向平移。

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h 0 即 l2 l1
M1
2hn Lc
迈克尔逊干涉仪的应用: 测量薄膜的光学厚度 测量光波长。
例题
把折射率n=1.40的薄膜放入迈 克尔迅干涉仪的一臂,如果由 此产生了7条条纹的移动,求膜 厚d.设入射光的波长为589nm.
M2
l
解:
光程差的改变量为
(2l 2d ) 2nd 2l 2nd 2d

牛顿环
将凸透镜放在平板玻璃上,形成空气间隙.透镜与 玻璃之间形成厚度不均的空气层,空气层的厚度
自切点向四周逐渐增加,等厚点的轨迹是以切点
为中心的圆,因此等厚干涉条纹是一系列以切点 为圆心的圆环,称牛顿环.
测凸透镜的曲率半径
明 k 2hn2 2k 1 暗 2 2 2 R2 ( R hk )2 rk2 rk R 2 2 2 2 Rhk hk rk rk 2hk
12.5
迈克尔逊干涉仪 一、构造及光路图:
l2
M2
S L
L--透镜 G1--半涂银片 G2--补偿板 M1(可调) 反射镜 M2(固定) E-眼或接收器
G1
l1
G2
M1
均倾斜450
E
二、干涉条纹的特点
M1 M 2
实现等倾干涉 膜厚度为 l2 l1
M1 // M 2
M2
l2
S
M’1
G1
G2
且这些彩色随着肥皂泡的增大而改变.解释此现 象.当肥皂泡将要破裂时,将呈现什么颜色?
三、用白光光源进行双缝实验,若用一纯红色滤光片盖 住一条缝,用一个纯蓝色滤光片盖住另一缝,则( D ) A. 干涉条纹宽度发生变化 C. 干涉条纹亮度将变化 B. 产生红色和蓝色两 套干涉条纹 D. 不产生干涉条纹 不是相干光
左半侧:光程差满足δ=2hn2,中央为零级明纹 右半侧:满足δ=2hn2+λ/2,中央零级为暗纹
牛顿环在光学冷加工中的应用

工件

环外扩:要打磨中央部分 向外扩展说明中央部分接触面 增大,原来的第k级条纹相应要 向外扩展.需打磨中央部分
环内缩:要打磨边缘部分 向内收缩说明边缘部分接触面 增大,原来的第k级条纹相应要 向内收缩.需打磨边缘部分
牛顿环考察的是玻璃之间的空气隙,由于存在半 波损失,故中心(h=0)为暗斑 牛顿环条纹间距不是等宽的
透射光牛顿环与反射光牛顿环是互补的
白光入射将出现由紫到红的彩色条纹
例题: 牛顿环装置由不同材料组成,分析反射光干涉图样. n2=1.62 分析: n1=1.52 n2=1.62 n3=1.75 n1=1.52
θ
L
无论L如何变,两柱处的膜的厚度不变,故光 程差不变,所以干涉级不变,因此条纹数目 不变。根据Δl=Δh/sinθ,因为θ变小所以 条纹间距变宽
2hn2 2

k
k

2


7、用波长为的单色光垂直照射牛顿环装置,若 使透镜慢慢上移到与原接触点间距离为 d ,视场 中固定点可观察到移过的条纹数目为多少根?
3.测量微小厚度变化: 玻璃板向上平移
4.检查光学平面缺陷
标准平面 待检光学面
温度升高
相邻两条纹中 h 心对应高度差 2 条纹整体移N H N 根,高度变化 2 条纹偏向膜(空气)厚部, 表示平面上有凸起。
平面上有凹坑。
5、测凸透镜的曲率半径
n1 >n2 <n3
n2 =1
R
明 k 2hn2 2k 1 暗 2 2 中心 h 0 2 顶点处为一暗斑
l
2nd 2d N
从而引起N=7条条纹的移动
M1
N 6 d 5.154 10 m 2(n 1)
光的干涉练习
一、为什么窗玻璃在日光照射下我们观察不到干
涉条纹?将两片玻璃叠在一起就可看到干涉条纹?
二、为什么刚吹起的肥皂泡(很小时)看不到有
什么颜色,当吹大到一定程度时,会看到有彩色,
l Nh N
λ=539.1nm

2
l 0.620nm
N 23
6、两个直径有微小差别彼此平行的滚柱间的距离为L,夹在 两平玻璃(足够长)中间,形成空气劈尖。当单色光垂直照 射时,产生等厚干涉条纹。若两柱间距离L变大,则在L范围 内(1)干涉条纹的数目如何变化?(2)间距如何变化? 数目不变,间距变大
I max
I0 I 0 2 I1 I 2 2 1.5I 0 2 I 0 2.9 I 0

中心处为第5级明纹,边缘处为第一级明纹,视场中将 出(现包括中央及边缘在内)5条明纹.
平玻璃
空气
2
柱面面平凹透镜
若球面平凹透镜换为柱面平 凹透镜,如图分析条纹的形 状、可观察到几条暗纹?
(1)等厚干涉条纹是与柱面 凹透镜轴线平行的直条纹; 边缘和中心均为暗条纹,条纹明暗相间 .中间疏,两侧密,与轴线呈对称分布
1
2
O
遮挡后两束光到达O点的光程差由原来的0 变为λ/2,O点成为1级暗纹,暗纹光强
I0 I 02 I m I1 I 2 2 I1 I 2 I 0 2 0.086 I 0 2 2
遮挡使整个观察屏上明暗条纹 的位置发生变化,暗纹光强不 再为零,明纹光强也不再是4I0 ,此时明纹光强为多少?
分析:
d
2hn

2
移前 接触点处:


移后
光程差改变
2d k
N=k= 2d/
2
2d

2
光程差改变 ,条纹移过 1 根;
移过条纹数
8、例题:球面平凹透镜和平玻 璃板间构成空气膜.波长λ的单 色光垂直照射,观察空气薄膜上 下表面反射光形成的干涉条纹。 分析中央和边缘处的明暗情况, 条纹形状及可观察到几条暗纹?
平玻璃
空气
2
球面平凹透镜 球面
分析: 边缘处膜厚为零,光程差: 中心处光程差: 2h

2
暗纹

9 2 2 暗纹 2 2 2
以透镜轴线为心的环 满足光程差为下列数值的暗纹可观察到: 暗纹条件:
δ=(2k+1)λ/2
δ=λ/2,3λ/2,5λ/2,7λ/2, 9λ/2 包括中央暗纹共5条
第 k 级暗环对应 半径
Rh
R
r

h
nrk2 R k
第 k 级暗环半径
k 膜厚 hk 2n
rk
rk
第 k 级亮环对应膜厚
kR n2
1 h (k ) 2n 2
第 k 级亮环半径
(2k 1)R 2n2
牛顿环的特点
k 明 r 2 Rh kR 2hn2 k k 2 2k 1 暗 2
(2)可观察到几条暗纹? (2)可观察到9条暗纹 观察到几条亮纹?
9. 扬氏实验,用厚为l,折射率为n,光强吸收率为50%的透明薄 片遮住缝S1, 此时屏上O点的为一级暗纹,求O的点光强(设 光单独通过无遮挡的S1或S2时O点的光强为I0) x
未遮挡时,O点为零级明纹中心,光 解: 强为4I0.
S1 d S2 D
平玻璃 空气
2
球面
球面平凹透镜
将玻璃平板向上平移,条纹如何 变化?若将玻璃板移动λ/4, 此时能看到几条明纹?
玻璃板上移,空气膜增厚,原条纹所在位置对应膜的厚度随 之外移,干涉条纹将向外移动中心处明暗也将变化 移动λ/4时 边缘处光程差:
2h

2
2

4


2

中心处光程差:
9 2h 2 5 2 4 2
M1
L
l1
E
M1M2 不垂直时,干涉为等 厚干涉,条纹是平行直线
明 k 2hn 2 k个明(或暗)条纹,膜的厚度变化为λ/2 M1移过Δh时共有N条条纹移过
h N 2
劈尖(n)插入干涉仪的一臂,条纹移N根,劈尖厚度? 条纹消失!
四、用一定波长的单色光进行双缝干涉实验,欲使屏上干 涉条纹变宽,可采用的方法是:(1)——;(2)——。
D x xk 1 xk nd
(1)使两缝间距变小; (2)使缝与屏之间距离变大
五、若将迈克耳逊干涉仪的可动反射镜移
动0.620um的过程中,观察到干涉条纹移动
了23条,则所用波长是多少?
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