干涉装置时空相干性课件.ppt

1、Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 当两个或两个以上振动方向相同、频率相同的单色当两个或两个以上振动方向相同、频率相同的单色光波在空间产生叠加时，叠加区域内将出现周期性的强光波在空间产生叠加时，叠加区域内将出现周期性的强度分布图象，这就是光的干涉。度分布图象，这就是光的干涉。通常情况下光波不能自然地产生干涉，这是由光波通常情况下光波不能自然地产生干涉，这是由光波的辐射方式决定的。光源中的每一个原子、分子都可产的辐

2、射方式决定的。光源中的每一个原子、分子都可产生光波，它们发射的是持续时间约生光波，它们发射的是持续时间约10109 9秒的波列。每一秒的波列。每一波列除频率相同外，初位相和矢量的振动方向都是随机波列除频率相同外，初位相和矢量的振动方向都是随机的的,因此，相干条件很难满足。因此，相干条件很难满足。为使实际光波实现干涉，必须设法使其满足干涉的为使实际光波实现干涉，必须设法使其满足干涉的条件，因而设计了各种干涉的实验装置和干涉仪。这些条件，因而设计了各种干涉的实验装置和干涉仪。这些装置实现干涉的方法可分为两类：分波前法和分振幅法。装置实现干涉的方法可分为两类：分波前法和分振幅法。本章将对光的干涉条件

3、和干涉装置进行系统介绍。本章将对光的干涉条件和干涉装置进行系统介绍。Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性1 1 分波前干涉装置分波前干涉装置 光场的空间相干性光场的空间相干性一、一、各种分波前干涉装置各种分波前干涉装置 1 1、各种分波前干涉装置的共同特点和原理、各种分波前干涉装置的共同特点和原理Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Inf

4、ormation Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性2 2、非涅耳双面镜和双棱镜、非涅耳双面镜和双棱镜Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性3 3、洛埃镜、洛埃镜Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空

5、相干性二、二、条纹形状与间距条纹形状与间距 dDxD是是S1、S2所在的平面到屏幕的距离，所在的平面到屏幕的距离，d是是S1、S2的间距离。的间距离。对于非涅耳双面镜：对于非涅耳双面镜：对于洛爱镜：对于洛爱镜：BCBx2)(aDx2对于非涅耳双棱镜：对于非涅耳双棱镜：BnCBx)1(2)(Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性三、干涉条纹的移动三、干涉条纹的移动 1、造成条纹移动的原因：、造成条纹移动的原因：光源的移

6、动，装制结构的变动，光路中媒质的光源的移动，装制结构的变动，光路中媒质的变化。变化。2、探讨干涉条纹移动的方式：、探讨干涉条纹移动的方式：观察干涉场中一固定点，有多少条纹移过；观察干涉场中一固定点，有多少条纹移过；或跟踪干涉场中某一级条纹，看它朝什么方向移或跟踪干涉场中某一级条纹，看它朝什么方向移动，移动了多少距离。动，移动了多少距离。3、干涉条纹移动数、干涉条纹移动数N与光程差改变量的关系：与光程差改变量的关系：NL )(Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉

7、装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性4、杨氏实验中条纹位移与点源位移的关系：、杨氏实验中条纹位移与点源位移的关系：sRDxDxdrrRsdRRrrRRrRrRPL12211221221100)(Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性四、光源宽度对干涉条纹反衬度的影响四、光源宽度对干涉条纹反衬度的影响任何光源总有一定的宽度；任何光源总有一定的宽度；光源可以看着由许多不相干的电光源组成的；光源可以看着由许多不相

8、干的电光源组成的；每一个电光源都有一套自己的干涉条纹；每一个电光源都有一套自己的干涉条纹；屏幕上的总强度是各套干涉条纹的屏幕上的总强度是各套干涉条纹的非相干非相干迭加；迭加；（再次迭加）（再次迭加）迭加的结果对反衬度的清晰度有利还是不利，迭加的结果对反衬度的清晰度有利还是不利，不同情况要作具体分析。不同情况要作具体分析。Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性Gannan Teachers College School

9、 of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性。时，干涉条纹完全消失当的反衬度，时，合成强度还有一定当xxxx2/)(杨氏干涉条纹间隔dDx sRDxxDRsdRbb1:光源的最大宽度dRdDDRxDRbs1max）（失时，则干涉条纹刚好完全消Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性五、光场的空间相干性五、光

10、场的空间相干性1、给定、给定S1、S2位置，光源的宽度位置，光源的宽度b达到达到b1时，时，由由S1和和 S2发出的次波产生干涉条纹的反衬度下发出的次波产生干涉条纹的反衬度下降为降为0，即，即S1和和 S2是完全不相干的。是完全不相干的。2、给定光源宽度、给定光源宽度b，它在照明空间中的波前上多大，它在照明空间中的波前上多大范围内取出的两个次波源范围内取出的两个次波源S1和和 S2还是相干的？这就还是相干的？这就是所谓的光场的空间相干性问题。是所谓的光场的空间相干性问题。Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Infor

11、mation Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性两个次波源两个次波源S1和和 S2是部分相干的是部分相干的Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性相干范围的横向线度：相干范围的横向线度：相干面积：相干面积：空间相干反比公式：空间相干反比公式：bRd 2ds 0bRd0孔径角：孔径角：视角：视角：RbGannan Teachers College School of Phys

12、ics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性例题例题1 估算太阳光射在地面上的相干范围估算太阳光射在地面上的相干范围的线度和相干面积。已知太阳的视角约为的线度和相干面积。已知太阳的视角约为.55.0,102mrad太阳光的中间波长为.103.55,23200mmdSmdddRbRdbRdb解答Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的

13、时空相干性Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性.05.0102.,200radhdddRbRdbRdb解答作业：作业：P283-283，3，6，7。Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性2 2 薄膜干涉（一）薄膜干涉（一）等厚条纹等厚条纹

14、一、薄膜干涉概述一、薄膜干涉概述Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性观察薄膜干涉的方法观察薄膜干涉的方法1 1、透镜透镜成像法成像法注：这种方法既可看到实像也可看到虚像BB（b）（a）AADD（d）（c）CGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空

15、相干性2、屏幕直接接收、屏幕直接接收（a）坡耳实验装置）坡耳实验装置（b）条纹）条纹汞灯汞灯云母片幕幕Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 a ac c A A c c1 1a a1 1L Lc c i i1 1C CP PB Bh h i i2 2n n1 1 n n2 2n n1 1讨论条件：讨论条件：设光源为单色点光源；设光源为单色点光源；薄薄膜为厚度缓慢均匀变化的介质层。膜为厚度缓慢均匀变化的介质层。二、薄

16、膜表面的等厚条纹二、薄膜表面的等厚条纹Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 平行光束入射于薄膜上表面，任意两光线平行光束入射于薄膜上表面，任意两光线a a、c c 经薄膜上下表面反射后成为光线经薄膜上下表面反射后成为光线a a1 1、c c1 1，经透镜后，经透镜后会聚于会聚于cc 点，发生干涉。点，发生干涉。显然，只有知道显然，只有知道A A、B B、P P每一点处每一点处h h 的值，才能的值，才能求得光程差的

17、准确值。但由于薄膜厚度可变，求得光程差的准确值。但由于薄膜厚度可变，A A、B B、P P 点可于薄膜上任意位置，所以无法得到光程差的点可于薄膜上任意位置，所以无法得到光程差的准确值。准确值。光程差分析光程差分析由干涉过程图可得由干涉过程图可得a a1 1、c c1 1 的光程差：的光程差：)()()()()()(ABPQPQAQPQABPPLGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性iinhiihniAPniAPnCP

18、QPQAcos/sin2sin)tan2(sinsin)()()(211 为解决这一问题，根据薄膜厚度虽然可变但变为解决这一问题，根据薄膜厚度虽然可变但变化缓慢均匀的特点，以化缓慢均匀的特点，以B B点处的膜厚值作为点处的膜厚值作为A A、P P 两两点膜厚的近似值，从而求得的光程差的近似值。点膜厚的近似值，从而求得的光程差的近似值。inhABABPcos/2)(2)(inhPLcos2)(（光程差由薄膜厚度（光程差由薄膜厚度h h 值决定）值决定）Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Scie

19、nce 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性(21)4 coskhni2 coskhni也即是也即是k(21)2k1,2,.k 0,1,2,.k 减弱减弱加强加强()2cosL Pnhi所以加强加强减弱减弱极大极大极小极小1,2,.k 0,1,2,.k Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 当当1212nnnnnn或时存在半波损。时存在半波损。当1212nnnnnn或时没有半波损。时没有

20、半波损。Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 当介质一定时，当介质一定时，n n1 1，n n2 2一定的，薄一定的，薄膜上不同点来说膜上不同点来说h h不同，光线入射角不同，光线入射角i i 也可能不同，干涉图样取决于也可能不同，干涉图样取决于d d 和和i i。半波损失对干涉条纹的影响半波损失对干涉条纹的影响:有无半有无半波损的差别仅仅在于干涉条纹的级数差波损的差别仅仅在于干涉条纹的级数差半级半级，也就是明暗纹

21、对调，也就是明暗纹对调,不影响纹的不影响纹的特征特征如形状、间距、衬比度。如形状、间距、衬比度。Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 若若n是均匀的，在是均匀的，在入射角入射角i一定时一定时,则则 只与厚度只与厚度h有关有关,因此光强也取决于因此光强也取决于h,也就是沿等厚线的强度相等也就是沿等厚线的强度相等,在薄膜表在薄膜表面沿等厚面沿等厚条纹。条纹。此过程叫等厚干涉。此过程叫等厚干涉。LGannan Teach

22、ers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性等厚条纹的主要性能：等厚条纹的主要性能：(1)表面条纹形貌与薄膜的几何等厚线一致表面条纹形貌与薄膜的几何等厚线一致2=12nh=(k+)(2)()2()nh k在处出现或在处出现或括号中的是指亮条纹半暗波纹暗纹有亮纹损时的情形（光（光垂直垂直入射时，即入射时，即i=0。）Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Informatio

23、n Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性(3)相邻等厚条纹的厚度差相邻等厚条纹的厚度差 2hn相邻条纹处的光程差相邻条纹处的光程差 相差一个波长相差一个波长(真空真空)，即即媒质内的半个波长媒质内的半个波长 LnGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性1、劈尖劈尖干涉干涉:2lnhk 明纹明纹2(21)/2lnhk 暗纹暗纹空气尖劈空气尖劈:一对不平行的透明平板之间一对不平行

24、的透明平板之间形成的楔形空气层形成的楔形空气层 三、三、楔形薄膜的等厚条纹楔形薄膜的等厚条纹h hk kh hk+1k+1xGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性夹角很小的两个夹角很小的两个平板玻璃平板玻璃所构成的所构成的空气劈尖空气劈尖平行单色光平行单色光垂直垂直照射空气劈尖上，上、下表面的照射空气劈尖上，上、下表面的反射光将产生干涉，厚度为反射光将产生干涉，厚度为h处，两相干光的光处，两相干光的光程差为：程差为：

25、2lnh 空气劈尖空气劈尖O OA AB BGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性空气劈尖任意相邻空气劈尖任意相邻明条纹明条纹对应的对应的厚度差：厚度差：1/2kkhh1sin2sinkkhhx xkh1kh任意相邻任意相邻明条纹明条纹(或暗条纹或暗条纹)之间之间的距离的距离 为：为：在入射单色光一定时，劈尖的楔角在入射单色光一定时，劈尖的楔角 愈小，则愈小，则 愈愈大，干涉条纹愈疏；大，干涉条纹愈疏；愈大，则愈大，

26、则 愈小，干涉条纹愈小，干涉条纹愈密。愈密。xxGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 楔形干涉条纹变化规律楔形干涉条纹变化规律(1).干涉条纹随薄膜厚度干涉条纹随薄膜厚度 的变化的变化(2).干涉条纹随角度干涉条纹随角度变化规律变化规律总结总结:角度角度变大变大,条纹宽条纹宽变小变小,条纹条纹向棱边运动向棱边运动;角度角度变小变小,条纹宽条纹宽变宽变宽,条纹条纹背棱边运动背棱边运动;薄膜厚度薄膜厚度增大增大,条纹条

27、纹向棱边运动向棱边运动,条纹条纹宽不变宽不变;薄膜厚度薄膜厚度减小减小,条纹条纹背棱边运动背棱边运动,条纹条纹宽不变宽不变.讨论讨论Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性1nn1nLd空气空气 1nx=2xx通过测量条纹间距再由可求得微小角度劈尖干涉的应用之一：测量微小的角度劈尖干涉的应用之一：测量微小的角度2、劈尖干涉的应用、劈尖干涉的应用Gannan Teachers College School of Phys

28、ics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性1nn1nLd空气空气 1nx(1)tantan22(2)()2dLdLxdLxLxNNNd方法很小或方法为条纹数劈尖干涉的应用之二：劈尖干涉的应用之二：测细丝的直径测细丝的直径Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性劈尖干涉的应用之三：劈尖干涉的应用之三：精确测量较大的长度精确

29、测量较大的长度2n1n空气劈尖空气劈尖KG图图2-7 测量滚珠直径装置测量滚珠直径装置12=2 xx测出 角利用求得滚球的直径与块规差值从而精确救出滚球的直径Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性劈尖干涉的应用之劈尖干涉的应用之四四-干涉膨胀仪干涉膨胀仪利用空气劈尖干涉原理测定样品的热膨胀系数利用空气劈尖干涉原理测定样品的热膨胀系数样品样品平板平板玻璃玻璃石英石英圆环圆环空气劈尖空气劈尖 上平板玻璃向上平移上平板玻璃

30、向上平移/2的距离，上下表面的的距离，上下表面的两反射光的光程差增加两反射光的光程差增加。劈尖各处的干涉条纹。劈尖各处的干涉条纹发生明发生明暗暗明明(或或暗暗明明暗暗)的变化。如果观的变化。如果观察到某处干涉条纹移过了察到某处干涉条纹移过了N条，即表明劈尖的上条，即表明劈尖的上表面平移了表面平移了N/2的距离。的距离。Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性劈尖干涉的应用五：检查工件表面的平整度劈尖干涉的应用五：检查工

31、件表面的平整度hakh1khb2ahb Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性例例1利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工件表面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凹凸不平。存在的极小的凹凸不平。2bha在显微镜下观察干涉条纹。在显微镜下观察干涉条纹。试根据干涉条纹弯曲的方向，试根据干涉条纹弯曲的方向，说明工件表面是凹还是凸？说明工件表面是凹还是凸？并证明深度可用下式求的。并证明深度可用下式求的。ab

32、在经过精密加工的工件表面上放一光学平面玻璃，在经过精密加工的工件表面上放一光学平面玻璃，使其间形成使其间形成空气劈尖空气劈尖，用单色光垂直照射玻璃表面，用单色光垂直照射玻璃表面Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性解：解：干涉条纹弯曲说明工件表面不平，干涉条纹弯曲说明工件表面不平，因为因为k 级干涉条纹各点都相应于同一气隙厚度，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，由式如果条纹向劈尖棱的一方

33、弯曲，由式2(21)2lndk 说明该处气隙厚度有了增加，可判断该处为下凹说明该处气隙厚度有了增加，可判断该处为下凹ab2ha b2ahbGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性在一块光平的玻璃片在一块光平的玻璃片B上，放一曲率半径上，放一曲率半径R很很大的平凸透镜大的平凸透镜A，在，在A、B之间形成一劈形空气之间形成一劈形空气薄膜。薄膜。当垂直入射的单色平行光透过平凸透镜后，当垂直入射的单色平行光透过平凸透镜后，在空

34、气薄膜的上、下表面发生反射，这两束光在空气薄膜的上、下表面发生反射，这两束光是相干光，它们在透镜下表面处相遇而发生干是相干光，它们在透镜下表面处相遇而发生干涉。涉。四四、牛顿圈牛顿圈1、牛顿圈概念牛顿圈概念:空气薄膜空气薄膜Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性2、光程差光程差由牛顿环结构可知，由牛顿环结构可知，等厚线为以接触点为圆心的同心圆，等厚线为以接触点为圆心的同心圆，所以牛顿环干涉图样为同心的明暗相间的圆环。

35、所以牛顿环干涉图样为同心的明暗相间的圆环。2Lnhk(21)2k1,2,.k 0,1,2,.k 减弱减弱加强加强Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性干干涉涉条条纹纹Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性3、级暗纹半径级暗纹半径 与透镜与透

36、镜曲率半径曲率半径R的关系的关系kr22kkkrRhkRrkR或oRrDkpkrkhC劈形空气劈形空气薄膜薄膜 Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性kp如图所示，如图所示，C为透镜的曲率中心，为透镜的曲率中心，为第为第K 级暗纹所在的位置。过级暗纹所在的位置。过 作作CO的垂线的垂线 Dkpkp222KKDPCPCD2KkODhkCDRhkCPRkkDPr2222()2kkkkrRRhRhhoRrCDkpkrkh劈

37、形劈形空气空气薄膜薄膜Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性222222kkkkkkkkRhhR hhrR hkRrkR 可 以 忽 略即123,:.1:2:3:.krkrrr上 式 表 明与的 平 方 根 成 正 比 即Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相

38、干性光场的时空相干性2-11（b）图所示）图所示 由中心向外由中心向外,干涉级数干涉级数k的增大的增大,条纹条纹间隔越来越小间隔越来越小,条纹越来越密条纹越来越密.思考思考 中心的光程差为零中心的光程差为零,干涉干涉条纹本应该为亮条纹条纹本应该为亮条纹,图中图中干涉条纹中心为什么是暗干涉条纹中心为什么是暗的的?Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 由于存在灰尘或其它因由于存在灰尘或其它因素，致使中心素，致使中心O处

39、两表面不处两表面不是严格密接，为消除这种误是严格密接，为消除这种误差，可采取测出差，可采取测出某一圈的半某一圈的半径径 和它向外数和它向外数第第m圈的半圈的半径径 可算出可算出R来。来。krk mr4、曲率半径、曲率半径R的测定的测定Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性222222()kkk mk mk mkrRhkRrRhkm RkRmRrrRmGannan Teachers College School of

40、Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性5、牛顿圈的应用、牛顿圈的应用如图所示，将标准件（玻璃验规）如图所示，将标准件（玻璃验规）G覆盖于待测工件覆盖于待测工件L之上，两者之之上，两者之间形成空气膜，因而出现牛顿圈间形成空气膜，因而出现牛顿圈（1 1）.检验透镜检验透镜球表面质量球表面质量标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三

41、章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性a、某处干涉条纹偏离圆形，表明待测表、某处干涉条纹偏离圆形，表明待测表面在该处有不规则起伏。面在该处有不规则起伏。b.轻按标准验规轻按标准验规,干涉条纹往外扩张干涉条纹往外扩张,则待则待测透镜中间部位太厚测透镜中间部位太厚;干涉条纹向中心收干涉条纹向中心收缩缩,则中间部位过薄则中间部位过薄,两边过厚两边过厚,需要进一步需要进一步研磨研磨.判断顾问判断顾问:Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装

42、置 光场的时空相干性光场的时空相干性(2).(2).应用牛顿圈求曲率半径与波长应用牛顿圈求曲率半径与波长（1 1）测透镜球面的半径）测透镜球面的半径R R：已知已知,测测 m m、r rk+mk+m、r rk k，可得可得R R。（2 2）测波长）测波长：已知已知R R，测出测出m m 、r rk+mk+m、r rk k，可得可得。22k mkrrmR由公式：由公式：可知可知Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性习题

43、习题302P5.测得牛顿圈从中间数第五环和第十五环的半测得牛顿圈从中间数第五环和第十五环的半径分别为径分别为0.70mm和和1.7mm,求透镜的曲率半径求透镜的曲率半径.设光波长为设光波长为0.63m2:1.7,0.7015510,0.63kmkkrmm m rm mmm2k+mr解 R=取 r得 透 镜 的 曲 率 半 径 为R=381mmGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性1、薄膜的颜色、薄膜的颜色（1）、）、

44、非单色光源的干涉条纹非单色光源的干涉条纹干涉干涉条纹的间隔条纹的间隔与与波长波长有关，有关，非单色光非单色光具有具有不同的不同的波长波长,各自形成干涉条纹各自形成干涉条纹,各色条纹彼各色条纹彼此错开在薄膜表形成彩色干涉图样。此错开在薄膜表形成彩色干涉图样。五、五、薄膜的颜色薄膜的颜色 增透膜和高反射膜增透膜和高反射膜Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性2、薄膜颜色的应用、薄膜颜色的应用利用薄膜颜色测量膜的厚度利用薄

45、膜颜色测量膜的厚度由于薄膜的颜色与它的厚度有关，根据薄由于薄膜的颜色与它的厚度有关，根据薄膜的颜色可以确定薄膜厚度膜的颜色可以确定薄膜厚度.(不同颜色的不同颜色的光光,具有不同的波长具有不同的波长)Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 光在两种媒质的界光在两种媒质的界面上同时发生面上同时发生反射反射和和折折射射。如图所示，入射光。如图所示，入射光能一部分被反射回来，能一部分被反射回来，一部分被透射过去一部分被透射过

46、去入射光能入射光能反射光能反射光能+透射光能透射光能=能量守恒能量守恒入入射射光光透透射射光光反反射射光光3、增透膜和增反膜、增透膜和增反膜Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性增透膜增透膜(消反射层消反射层):具有消减具有消减反射光反射光,从而达到增加透射功能的从而达到增加透射功能的薄膜层薄膜层.增反膜（消透射层）增反膜（消透射层）：具有：具有消减透射光，从而增加反射光能消减透射光，从而增加反射光能功能的薄膜层功能

47、的薄膜层原理原理:薄膜上、下表面反射光或薄膜上、下表面反射光或折射光的光程差符合干涉相消条折射光的光程差符合干涉相消条件来减少反射或透射光能，从而件来减少反射或透射光能，从而使透射或反射光能增强。使透射或反射光能增强。镀镀层层薄薄膜膜Gannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性例子：照相机镜头上一层蓝紫色例子：照相机镜头上一层蓝紫色的膜就是增透膜的膜就是增透膜Gannan Teachers College School o

48、f Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性4、高反膜、高反膜尽量降低透射率、提高尽量降低透射率、提高反射率。反射率。原理原理:利用薄膜上、下表利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足面反射光的光程差满足相长干涉反射光因干涉相长干涉反射光因干涉而加强。而加强。多层多层介质介质高反射膜：高反射膜：ZnSMgMgHLHL为更好的提高反射率，采为更好的提高反射率，采用多层膜用多层膜ZnSGannan Teachers College School of Physics and Electroni

49、c Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性增透膜增透膜n=1.38n=1.5n=1.00玻璃玻璃MgF2ene4光学厚度：光学厚度：4neGannan Teachers College School of Physics and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性增反膜增反膜n=2.40n=1.5n=1.00玻璃玻璃ZnSene4光学厚度：光学厚度：4neGannan Teachers College School of Physics

50、and Electronic Information Science 第三章第三章 干涉装置干涉装置 光场的时空相干性光场的时空相干性 例例:在玻璃表面镀上一层在玻璃表面镀上一层MgF2薄膜，使波长为薄膜，使波长为=5500 的绿光全部通过。求：膜的厚度。的绿光全部通过。求：膜的厚度。解：使反射绿光干涉相消解：使反射绿光干涉相消 由反射光干涉相消条件由反射光干涉相消条件取取k=0，MgF2玻璃玻璃n2=1.38n1=1.50n0=1 =2 n2 e=(2k+1)/224)1k2(ne=996()38.14550024nen0=1 12n1n2Gannan Teachers College Sc