§5 分振幅法双光束干涉 一、相干光束和光程差 二、等厚条纹 三、等倾条纹

一、相干光束和光程差 1 2 薄膜 反射光干涉 透射光干涉 S 反射光2 单色 反射光1  n · A n  e (设n > n ) S 一、相干光束和光程差 薄膜 1 2 反射光干涉 透射光干涉

薄 膜 干 涉

两个特殊结果 1)等厚干涉 在确定的角度下观察 或说：入射角固定 则在波长一定的情况下 光程差只取决于薄膜的厚度 相同厚度的地方对应相同的光程差 2)等倾干涉 薄膜的厚度均匀 则相同倾角的光线光程差相同

· 二、等厚条纹 1.劈尖干涉 平行光垂直入射到劈尖上 光程差 明纹 暗纹 同一厚度e对应同一级条纹 —— 等厚条纹 条纹形状  e  n n · A 反射光2 反射光1 入射光(单色平行光垂直入射) (设n > n ) 1.劈尖干涉 平行光垂直入射到劈尖上 光程差 明纹 暗纹 同一厚度e对应同一级条纹 —— 等厚条纹 条纹形状 与薄膜的等厚线相同

条纹间距 相邻条纹的光程差差一个波长 明纹 暗纹 条纹间距

怎么看条纹移动？盯住某一级 看这一级对应的厚度在哪个方向 条纹的移动 条纹疏密的变化 （反映膜的厚度变化） （反映楔角的改变） 明纹 暗纹 变密 变疏 平移 怎么看条纹移动？盯住某一级 看这一级对应的厚度在哪个方向 改变楔角

应用 测波长 测折射率 测细小直径、厚度、微小变化 测表面不平度 思考：怎么判断楔角的位置? λ 平晶 平晶 等厚条纹 Δh 待测工件 待测块规 λ 标准块规 平晶 思考：怎么判断楔角的位置? 等厚条纹 待测工件 平晶

. 2.牛顿环 光程差： 第m个暗环半径？ (1) (2) 形状  · e  r o 牛顿环 装置简图 分束镜M R S 平凸透镜 暗环 显微镜 o 牛顿环 装置简图 平凸透镜 平晶  e r R ·  暗环 形状 第m个暗环半径？ (1) (2)

白光入射的牛顿环照片

思考： 1.定性说明由上图装置得到的 牛顿环条纹形状的疏密情况 2.如果轻轻点一下上透镜的中点 条纹怎样移动?

看到了干涉花样 您用什么简易办法判别是上述哪种情况? 应用 测透镜球面的半径R 检验透镜球表面质量 待测透镜 暗纹 标准验规  标准验规 待测透镜 暗纹  如果待测透镜合格 现象如何? 看到了干涉花样 您用什么简易办法判别是上述哪种情况?

· · 三、等倾条纹 薄膜的厚度均匀 则相同倾角的光线光程差相同 · o P L S f e r D A B r环 i i 1 2 i i n n > n C e

i n M L S f 屏幕 观察等倾条纹的实验装置和光路

倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹 —等倾条纹 条纹特点: 形状 条纹间隔分布 条纹级次分布 波长对条纹的影响 膜厚变化时,条纹的移动 一系列同心圆环 内疏外密 中间级次最高

· 面光源在薄膜干涉中的特殊贡献 只要入射角i相同 都将汇聚在同一个干涉环上（非相干叠加） 应用：增透(射)膜和增反射膜 P f o r环 e n n > n 面光源 · 只要入射角i相同 都将汇聚在同一个干涉环上（非相干叠加） 基片 镀膜 空气 < 应用：增透(射)膜和增反射膜 膜厚度均匀 垂直入射 对某个波长增透 膜厚至少是多少？

镜头颜色为什么发紫?

如何在实验上区分上述条纹是等倾还是牛顿环? 等倾条纹 牛顿环 如何在实验上区分上述条纹是等倾还是牛顿环?

§6 干涉仪 一、迈克耳逊干涉仪 二、法布里-珀罗干涉仪 三、光学相干CT

§6 干涉仪 一、迈克耳逊干涉仪 1. 工作原理 光束2′和1′发生干涉 补偿板G2的作用 无G2时的光程差： 有G2时的光程差： M2 E 一、迈克耳逊干涉仪 M1 2 1. 工作原理 S 1 光束2′和1′发生干涉 半透半反膜 2 1 补偿板G2的作用 无G2时的光程差： 有G2时的光程差：

获得等倾条纹的条件 M1、M2平行 发散光入射 获得等厚条纹的条件 M1、M2 有小夹角 平行光入射 观察条纹移动 2 1 1 S 半透半反膜 M2 M1 G1 G2 E M1、M2平行 发散光入射 获得等厚条纹的条件 M1、M2 有小夹角 平行光入射 观察条纹移动 M2平移d 时 干涉条移过N条 则 十字叉丝 等厚条纹 2. 应用 微小位移测量 测折射率

迈克耳逊干涉仪

利用干涉仪测气体折射率

用迈克耳逊干涉仪测气流

迈克耳逊在工作 迈克耳逊（A.A.Michelson） 美籍德国人 因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，获1907年诺贝尔物理奖。 迈克耳逊在工作

爱因斯坦: “我总认为迈克尔逊是科学中的艺术家， 他的最大乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛，他从来不认为自己在科学上是个严格的‘专家’，事实上的确不是，但始终是个艺术家。” 许多著名的实验都堪称科学中的艺术，如：全息照相实验，吴健雄实验，兰姆移位实验等等。 重要的物理思想＋巧妙的实验构思＋精湛的实验技术  科学中的艺术

二、法布里-珀罗干涉仪 多光束薄膜干涉的应用 原理图 基本装置图 主极大满足的光程差？ 未考虑镀膜面对相位的影响

三、“古老”原理的现代应用之例 光学相干CT — 断层扫描成像新技术 （Optical Coherence Tomography简称OCT） CT-Computed Tomography 计算机断层成象 第一代： X射线CT 射线CT－工业CT 第二代： NMR CT－核磁共振成象 第三代： 光学相干CT－OCT 微米量级的空间分辨率

原理 * 样品中不同位置处反射回的光脉冲延迟时间不同 * 不同的材料或结构反射的强度不同 要实现微米量级的空间分辨率,即 就要求能测量 秒的时间延迟 激光器的脉冲宽度要很小～10－15秒 －飞秒

时间延时短至10－14～10－15s 电子设备难以直接测量 可利用光学迈克耳逊干涉仪原理 光源 探测器 参考镜 眼睛 只有当参考光与信号光的某个脉冲经过相等光程时才会产生光学干涉现象 因为10－15秒 的光脉冲大约只有一个波长

要测量从眼内不同结构回来的光延迟 只须移动参考镜 使参考光分别与不同的信号光产生干涉 要测量从眼内不同结构回来的光延迟 只须移动参考镜 使参考光分别与不同的信号光产生干涉 分别记录下相应的参考镜的空间位置 这些位置便反映了眼球内不同结构的相对空间位置 参考臂扫描可得到样品深度方向的一维测量数据 光束在平行于样品表面的方向进行扫描测量 可得到横向的数据 将得到的信号经计算机处理便可得到样品的立体断层图像 光源 探测器 参考镜 眼睛

实验装置－光纤化的迈克耳逊干涉仪 反射镜 光源 电子学系统 计算机 探测器 光纤耦合器 样品 光纤聚焦器

应用 生物 医学 材料科学 ····· 实际样品大小为10mm×4mm，图中横向分辨率约为20μm 纵向分辨率约为25μm 大葱表皮的 OCT 图像 实际样品大小为10mm×4mm，图中横向分辨率约为20μm 纵向分辨率约为25μm 我国第一台OCT的第一张图 清华原子分子国家重点实验室

睫状体 晶状体上皮 角膜后表面 角膜前表面 兔子眼球前部的OCT图像 第3章结束 清华原子分子国家重点实验室