文档介绍：在前面的课程里,我们给大家介绍过光是电磁波,因而它能表现波动特有的干涉,衍射现象。
在日常生活中,光的干涉现象我们常常可以见到。比如,当太阳光照射在肥皂泡或水面上的油膜时,他们的表面上呈现出美丽的彩色条纹,这就是由于天然光在薄膜上产生干涉现象引起的。
然而在历史上,对这种薄膜颜色的成因的解释也经历了曲折的发展。最初是由胡克提出的,他是持光的波动说观点,但由于他的数学知识的欠缺,没有正确的解释这种现象。他的解释虽不正确,但已接触到了薄膜干涉的基本要点。
1675年牛顿对薄膜干涉问题也进行了研究,为了进一步研究,他还亲自制造仪器进行实验,即著名的牛顿环实验,把曲率半径很大的平凸透镜放在平玻璃上,当白光照射它时,则出现一组彩色的同心环状条纹,我们把它叫着“牛顿环”。
牛顿环实验是光具有波动性的最好证明之一。也形象的反映了光的周期性。但是由于牛顿倾向于光的微粒说观点,因而他没有对自己所做的著名实验作出科学的解释,因此也没有对它作进一步的研究,并且由于人们迷信权威牛顿,使微粒说在整个十八
世纪一直占统治地位,波动说整整延误了一个世纪,直到十九世纪初,。由此我们可以看到正确的物理思想,有效的研究方法及恰当的数学工具对研究的重要性。
一、薄膜干涉
我们知道,两束光产生干涉的条件(又称相干条件)为:
(1) 频率相同;(2). 相位差恒定;(3). 光矢量振动方向相同
我们讲的薄膜指的是由透明介质形成的厚度很薄的一层介质膜。
反射光2
反射光1
S
1
2
·
过A点向b光线作一垂线AD,自A和D到透镜的焦点的距离相等,所以a光和b光的光程差就产生于自A点起a光在薄膜内所走光程同b光所走的光程之差。
由前面所学知,当光从光疏介质射向光密介质,在分界面反射时有半波损失。即
A、C两点的距离很近,薄膜厚度可近似看着相等,为d
反射光2
反射光1
S
1
2
·
反射光2
反射光1
S
1
2
·
2、对于厚度均匀的平面薄膜来说,光程差是随着光线的倾角(入射角)而变化,这样不同的干涉明条纹和暗条纹相应的具有不同的倾角,而同一干涉条纹上的各点都具有同样倾角,这种干涉条纹叫等倾干涉。
3、对透射光来说,也有干涉现象,无半波损失
当反射光相互加强时,透射光将相互减弱,反之亦然,它们互补
4、上面讨论的是单色光,若所用的是复色光,则由于各种波长的光各自在薄膜表面形成自己的一套干涉条纹,互相错开,因而在薄膜表面形成彩色的花纹。
5、观察薄膜干涉,对膜的厚度有无限制呢?
若膜的厚度太大,会使光程差大于光源的相干长度。
1、如果照射到薄膜上的光都是以相同入射角入射,即两光线相干点的光程差只由薄膜的厚度决定,由此干涉图样中同一条干涉条纹下面所对应的膜厚是一样,这种条纹称为等厚干涉条纹。
讨论:
尖劈状肥皂膜的干涉图样(左图为倒象)
1. 劈尖干涉
l
dk
dk+1
明纹中心
暗纹中心
两块平面玻璃片,一端接触,另一端夹一薄纸片,即在两玻璃片之间形成一劈尖型的空气薄膜,劈尖的夹角很小(秒数量级)
当平行单色光垂直玻璃表面入射时,在空气劈尖上下表面引起的反射光将形成相干光,
同一明条纹或同一暗条纹都对应相同厚度的空气层
2. 光垂直入射时,两相邻条纹对应的空气层厚度差都等于
相邻条纹之间距
l
dk
dk+1
明纹中心
暗纹中心
讨论
3. 空气劈尖顶点处是一暗纹,这是半波损失的一个有力证明。
1、干涉特点:在与棱平行的地方空气层厚度处处相等,所以干涉条纹是平行棱的明暗相间的直条纹