第2節(jié)_光程差—薄膜干涉

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1、第二節(jié)光程差薄膜干涉1在真空中光的波長為?，光速為C，進(jìn)入折射率為n的介質(zhì)中后，波長?n,光速為v,則有：處理方法：把光在介質(zhì)中的波長折合成它在真空中的波長作為測量距離的標(biāo)尺，并進(jìn)一步把光在介質(zhì)中傳播的距離折合成光在真空中傳播的距離。一、光程與光程差光源的頻率不變，光在傳播過程中頻率保持不變。而同一頻率的光在不同介質(zhì)中波長不相同。1.光程?2光程?：光在介質(zhì)中傳播的波程與介質(zhì)折射率的乘積。設(shè)光在折射率為n的介質(zhì)中傳播的幾何路程為L，則有定義：意義：光在t時(shí)刻內(nèi)在真空中通過的路程nL就相當(dāng)于光在介質(zhì)中在相同的

2、時(shí)間內(nèi)所通過的路程。在一條波線上，波在介質(zhì)中前進(jìn)L，位相改變?yōu)椋海ㄍ徊ň€上兩點(diǎn)間的位相差）31.光程差?：兩束光的光程之差。如果光線穿過多種介質(zhì)時(shí)，其光程為：r1n1r2n2rinirnnn可以證明：光通過相等的光程，所需時(shí)間相同，位相變化也相同。設(shè)一束光經(jīng)歷光程?1，另一束光經(jīng)歷光程?2，則這兩束光的光程差為：2.光程差?2.光程差與相位差的關(guān)系（設(shè)兩光同位相）則相位差為：4問：原來的零極條紋移至何處？若移至原來的第k級明條紋處，其厚度h為多少？例1：已知：S2縫上覆蓋的介質(zhì)厚度為h，折射率為n，設(shè)入射

3、光的波為?解：從S1和S2發(fā)出的相干光所對應(yīng)的光程差當(dāng)光程差為零時(shí)，對應(yīng)零條紋的位置應(yīng)滿足：所以零級明條紋下移原來k級明條紋位置滿足：設(shè)有介質(zhì)時(shí)零級明條紋移到原來第k級處，它必須同時(shí)滿足：5例2.在圖示的雙縫反射實(shí)驗(yàn)中，若用半圓筒形薄玻璃片（折射率n1=1.4）覆蓋縫S1，用同樣厚度的玻璃片（折射率n2=1.7）覆蓋縫S2，將使屏上原來未放玻璃時(shí)的中央明條紋所在處O變?yōu)榈谖寮壝骷y。設(shè)單色光波長?=480.0nm，求玻璃片的厚度d。解：覆蓋玻璃前覆蓋玻璃后則有6例3.如圖所示,用波長為l的單色光照射雙縫干涉實(shí)

4、驗(yàn)裝置,并將一折射率為n、劈角為a（a很?。┑耐该髋鈈插入光線2中.設(shè)縫光源S和屏c上的o點(diǎn)都在雙縫S1和S2在中垂線上.問要使o點(diǎn)的光強(qiáng)由最亮變?yōu)樽畎?劈尖b至少應(yīng)向上移動(dòng)多大距離d(只遮住S2)?解:設(shè)o點(diǎn)最亮?xí)r,光線2在劈尖b中傳播距離為l1,則由雙縫S1和S2分別到達(dá)o點(diǎn)的光線的光程差滿足下式:(1)7(2)(1)得：由圖可求出：由(3)和(4)得：劈尖b應(yīng)向上移動(dòng)的最小距離為或(2)(3)(4)設(shè)o點(diǎn)由此時(shí)第一次變?yōu)樽畎禃r(shí),光線2在劈尖b中傳播的距離為l2,則由雙縫S1和S2分別到達(dá)o點(diǎn)的兩光程

5、差滿足下式8F通過光軸的光線波程最短，但在透鏡中的光程長；遠(yuǎn)離光軸的光線波程長，但在透鏡中的光程短，總的來講，各條光線的光程都是相同的。F二、幾個(gè)概念透鏡可以改變光線的傳播方向，但是在光路中放入薄透鏡不會(huì)引起附加的光程差。波陣面波陣面1.薄透鏡不引起附加光程差9產(chǎn)生條件：當(dāng)光從折射率小的光疏介質(zhì)，正入射或掠入射于折射率大的光密介質(zhì)時(shí)，則反射光有半波損失。當(dāng)光從折射率大的光密介質(zhì)，正入射于折射率小的光疏介質(zhì)時(shí)，反射光沒有半波損失。折射光都無半波損失。半波損失：光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，光反射后有了量值為的位相

6、突變，即在反射過程中損失了半個(gè)波長的現(xiàn)象。2.半波損失10單色光以入射角i從折射率為n1介質(zhì)進(jìn)入折射率為n2的介質(zhì)，i①②三、薄膜干涉dir①②i在薄膜的上下兩表面產(chǎn)生的反射光①光、②光，滿足相干光的5個(gè)條件，能產(chǎn)生干涉，經(jīng)透鏡匯聚，在焦平面上產(chǎn)生等傾干涉條紋。從焦點(diǎn)P到CD波面，兩條光的光程差為0，則在未考慮半波損失時(shí)①光、②光的光程差為：11diir①②ri由折射定律12考慮半波損失：i①②光程差不附加光程差附加未考慮半波損失時(shí)光程差干涉的加強(qiáng)減弱條件:加強(qiáng)減弱131.如果照射到薄膜上的是平行入射光，入

7、射角一定，則不同的薄膜厚度就有不同的光程差，也就有不同的干涉條紋。這種一組干涉條紋的每一條對應(yīng)薄膜一厚度的干涉，稱為等厚干涉。2.如果光源是擴(kuò)展光源，每一點(diǎn)都可以發(fā)出一束近似平行的光線，以不同的入射角入射薄膜，在反射方向上放一透鏡，每一束平行光會(huì)在透鏡焦平面上會(huì)取聚一點(diǎn)。當(dāng)薄膜厚度一定時(shí)，在透鏡焦平面上每一干涉條紋都與一入射角對應(yīng)，稱這種干涉為等傾干涉。用同樣的辦法可以推導(dǎo)透射光的光程差。討論：14光學(xué)鏡頭為減少反射光，通常要鍍增透膜。四、薄膜干涉的應(yīng)用1.增透膜在光學(xué)器件中，由于表面上的反射與透射，在器件

8、表面要鍍膜，來改變反射與透射光的比例?？捎性鐾改?，增反膜。例如：較高級的照相機(jī)的鏡頭由6個(gè)透鏡組成，如不采取有效措施，反射造成的光能損失可達(dá)45%~90%。為增強(qiáng)透光，要鍍增透膜，或減反膜。復(fù)雜的光學(xué)鏡頭采用增透膜可使光通量增加10倍。15光學(xué)鏡頭為減少透光量，增加反射光，通常要鍍增反膜。使兩束反射光滿足干涉加強(qiáng)條件：2.增反膜由于反射光最小，透射光便最強(qiáng)。增反膜是使膜上下兩表面的反射光滿足干涉相長條件。增透膜是