大學(xué)物理經(jīng)典ppt系列之薄膜干涉

1、相干光的產(chǎn)生相干光的產(chǎn)生波陣面分割法波陣面分割法*光源光源1s2s振幅分割法振幅分割法非平行膜等厚干涉SMDTL劈尖角劈尖角一一 劈劈 尖尖劈尖干涉平行平面膜反射反射條件123nnn123nnn當(dāng)當(dāng)123nnn123nnn或或22/2/2n e棱處（棱處（e=0e=0）為暗）為暗當(dāng)當(dāng)123nnn123nnn或或20ne棱處（棱處（e=0e=0）為明）為明劈尖等厚條紋2en劈尖夾角變化劈尖厚度變化( ) e劈尖例一3.0mm充油（ ）后測(cè)得2.1mm1.055(rad)1.43例例1 1：在右圖所示的劈尖中，測(cè)得相鄰明紋間隔在右圖所示的劈尖中，測(cè)得相鄰明紋間隔L,L,求右求右 邊小球直徑邊小球直

2、徑 d d 。解：解：由由2nn2傾角傾角nD2厚度厚度 d=Dtg2）測(cè)膜厚）測(cè)膜厚ise1n2n2ios1）干涉膨脹儀）干涉膨脹儀0l12nkel2kl1nn1nLd空氣空氣 1ne 3）檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度）檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度2bbe 6231b b4）測(cè)細(xì)絲的直徑）測(cè)細(xì)絲的直徑2Ldnll透射附加光程差123nnn 牛頓環(huán)干涉圖樣牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡顯微鏡SLRrd M半透半透半反鏡半反鏡T二二 牛頓環(huán)牛頓環(huán)牛頓環(huán)暗 4）應(yīng)用例子）應(yīng)用例子:可以用來測(cè)可以用來測(cè)量光波波長，用于檢測(cè)透鏡質(zhì)量光波波長，用于檢測(cè)透鏡質(zhì)量，曲率半徑等量，曲率半徑等. 1）從反射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)

3、還是亮點(diǎn)？）從反射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？從透射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？從透射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？2）屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？）屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？3）將牛頓環(huán)置于）將牛頓環(huán)置于 的液體中，條紋如何變？的液體中，條紋如何變？1n), 2 , 1 , 0(k暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑), 3 , 2 , 1(kRkr)21( kRr 討討論論討論討論暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑11kkrrrkk 1、相鄰暗環(huán)間距、相鄰暗環(huán)間距級(jí)次級(jí)次k增大時(shí)增大時(shí), 減小減小r干涉條紋是一組以接觸點(diǎn)為圓心的不等間距明暗相間干涉條紋是一組以接觸點(diǎn)為圓心的不等間距明

4、暗相間的同心圓環(huán)的同心圓環(huán),且內(nèi)疏外密且內(nèi)疏外密2、膜為折射率為、膜為折射率為 n的介質(zhì)：的介質(zhì)：2(21) /22knek ), 2 , 1 , 0k(nRkr 暗), 2 , 1(2) 12(knRkr明RrkRrk2Rmkrmk)(2mrrRkmk22r222nek對(duì)定對(duì)定r r,k,k增大增大. .因此因此, ,條紋收縮條紋收縮ee+dek kk k2dkn 若若白光入射白光入射，便可得到，便可得到彩色條紋彩色條紋，在高級(jí)次出現(xiàn)重迭，在高級(jí)次出現(xiàn)重迭例例2 2：在牛頓環(huán)裝置的平凸透鏡和平：在牛頓環(huán)裝置的平凸透鏡和平板玻璃間充以某種透明液體，觀測(cè)到板玻璃間充以某種透明液體，觀測(cè)到第第10

5、10個(gè)明環(huán)的直徑由充液前的個(gè)明環(huán)的直徑由充液前的14.8cm14.8cm變成充液后的變成充液后的12.7cm12.7cm，求這種液體的，求這種液體的折射率折射率n n。折射率為折射率為n暗環(huán)：暗環(huán)：明環(huán)：明環(huán)：), 2 , 1 , 0k(nRkr 暗), 2 , 1(2) 12(knRkr明一般公式：一般公式：（膜的折射率為（膜的折射率為n）解解1 1：由牛頓環(huán)半徑公式由牛頓環(huán)半徑公式k k、R R、一定，一定，2/) 12(1Rkr36. 1)7 .128 .14()()(2221221DDrrnnRkr2/) 12(2解解2 2： 即即 由由 （空氣）（空氣） （液體）（液體）可得可得 R

6、e2Re2)(2222eeRRrR2re2k2e21k2ne2236. 12121222121DDrreen如果膜的折射率如果膜的折射率大于玻璃大于玻璃(這種這種情況不大可能情況不大可能)，結(jié)果有變化嗎？結(jié)果有變化嗎？1）干涉條紋為光程差相同的點(diǎn)的軌跡，即厚）干涉條紋為光程差相同的點(diǎn)的軌跡，即厚度相等的點(diǎn)的軌跡度相等的點(diǎn)的軌跡2en e2）厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長）厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距條紋不等間距,n3）條紋的動(dòng)態(tài)變化分析（）條紋的動(dòng)態(tài)變化分析（ 變化時(shí)）變化時(shí)） 2n3n321nnn1nnn4 ）半波損失需具體問題具體分析）半波損失需具體問題具體分

7、析平行平面膜反射反射條件123nnn123nnn透射附加光程差123nnn2ne反22ne透22ne反2 ne透n1n2n1 2123nnn123nnn123nnn123nnn k 2/)12( k增透膜與增反膜的由來增透膜與增反膜的由來 由于光從空氣入射到玻璃片上大約有由于光從空氣入射到玻璃片上大約有4%的光強(qiáng)被反射，而普通光學(xué)儀器常常的光強(qiáng)被反射，而普通光學(xué)儀器常常包含有多個(gè)鏡片，其包含有多個(gè)鏡片，其反射損失經(jīng)常要達(dá)到反射損失經(jīng)常要達(dá)到20%50%左右，使進(jìn)入儀器的透射光強(qiáng)左右，使進(jìn)入儀器的透射光強(qiáng)度大為減弱，同時(shí)雜散的反射光還會(huì)影響度大為減弱，同時(shí)雜散的反射光還會(huì)影響觀測(cè)的清晰度。如果在

8、觀測(cè)的清晰度。如果在透鏡表面鍍上一層透鏡表面鍍上一層透明薄膜透明薄膜就可以達(dá)到就可以達(dá)到減小反射、增強(qiáng)透射減小反射、增強(qiáng)透射（增強(qiáng)反射、減少透射）（增強(qiáng)反射、減少透射）的目的。這種透的目的。這種透明薄膜稱為明薄膜稱為增透膜（增反膜）增透膜（增反膜）。 當(dāng)光線垂直入射時(shí)當(dāng)光線垂直入射時(shí) 0i1n3n2n22(0,)2n e反2/) 1k2(反 k 反反增透膜增透膜: 兩反射光兩反射光相消干涉相消干涉, 反射光最弱反射光最弱.增反膜增反膜: 兩反射光兩反射光相長干涉相長干涉，反射光最強(qiáng)，反射光最強(qiáng).注意：注意： 增透、增反只能增透、增反某特定波長增透、增反只能增透、增反某特定波長的光，對(duì)于可見光范

9、圍的光學(xué)儀器常選定對(duì)的光，對(duì)于可見光范圍的光學(xué)儀器常選定對(duì)人眼最敏感的黃綠光人眼最敏感的黃綠光550nm. 550nm. 例如照相機(jī)的例如照相機(jī)的鏡頭呈現(xiàn)出藍(lán)紫色反光就是因?yàn)殓R頭上鍍有鏡頭呈現(xiàn)出藍(lán)紫色反光就是因?yàn)殓R頭上鍍有氟化鎂使反射光中消除了黃綠光的緣故。氟化鎂使反射光中消除了黃綠光的緣故。22(0,)2n e反 k 反反2/) 1k2(反增反膜增反膜增透膜增透膜例例1：在玻璃鏡片上鍍氟化鎂（在玻璃鏡片上鍍氟化鎂（n=1.38），要使波長為），要使波長為550nm的光反射最少，求鍍膜的最小厚度的光反射最少，求鍍膜的最小厚度d 。解：解：玻璃折射率玻璃折射率n1.38, n1.38, 反射光最

10、少反射光最少 相消干涉相消干涉nm6 .9938. 14550n4dnd2反38. 1n n2) 12(k k k = = 0 0 時(shí)對(duì)應(yīng)最小厚度時(shí)對(duì)應(yīng)最小厚度 : :平行膜例一算例續(xù)上分振幅干涉等傾干涉條紋中心高級(jí)次中心高級(jí)次外面低級(jí)次外面低級(jí)次邁克耳孫干涉儀等傾和等厚光路吐級(jí)吞級(jí)移級(jí)1G2Gd2M2M1M干涉干涉條紋條紋移動(dòng)移動(dòng)數(shù)目數(shù)目邁克爾孫干涉儀的主要特性邁克爾孫干涉儀的主要特性移移動(dòng)動(dòng)距距離離1Md2kd移動(dòng)反射鏡移動(dòng)反射鏡1G2Gd2M1M2Mtnd) 1(22插入介質(zhì)片后光程差插入介質(zhì)片后光程差光程差變化光程差變化tn) 1(2ktn )1(2干涉條紋移動(dòng)數(shù)目干涉條紋移動(dòng)數(shù)目21nkt介質(zhì)片厚度介質(zhì)片厚度tn光程差光程差d2 兩相干光束在空間完全分開，并可用移動(dòng)反射鏡兩相干光束在空間完全分開，并可用移動(dòng)反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差.多個(gè)