第十四章光學干涉ppt課件

1、第二部分第二部分 光的干涉光的干涉一、光源一、光源 發(fā)射光波的物體發(fā)射光波的物體1.1.熱輻射熱輻射經(jīng)過加熱維持物體的溫度，輻射就能繼續(xù)進展下去，經(jīng)過加熱維持物體的溫度，輻射就能繼續(xù)進展下去，光波就是電磁波，任何物體都輻射電磁波光波就是電磁波，任何物體都輻射電磁波白熾燈白熾燈太陽太陽這種輻射稱為熱輻射或溫度輻射。這種輻射稱為熱輻射或溫度輻射。 電致發(fā)光電致發(fā)光2.2.發(fā)光發(fā)光 需依托一些激發(fā)過程獲得能量維持輻射需依托一些激發(fā)過程獲得能量維持輻射 光致發(fā)光光致發(fā)光 化學發(fā)光化學發(fā)光半導體發(fā)光二半導體發(fā)光二極管極管閃電閃電螢火蟲螢火蟲霓虹燈霓虹燈3.3.同步輻射光源同步輻射光源運動的電子迅速損失能

2、量產(chǎn)生的輻射運動的電子迅速損失能量產(chǎn)生的輻射優(yōu)良的準直性和易脈沖化等特性優(yōu)良的準直性和易脈沖化等特性 運用：為晶體構造運用：為晶體構造研討，生物大分子和生研討，生物大分子和生物蛋白的構造研討提供物蛋白的構造研討提供了高性能的光源了高性能的光源北京的正負電子對撞機北京的正負電子對撞機可提供同步輻射光可提供同步輻射光在同步輻射加速器中速度接近光速作環(huán)形在同步輻射加速器中速度接近光速作環(huán)形特點：方向性好、亮度高，還具有延續(xù)性、特點：方向性好、亮度高，還具有延續(xù)性、1.1.普通光源非激光光源的發(fā)光機理普通光源非激光光源的發(fā)光機理動方向一定、振幅不變或緩慢變化的正弦波動方向一定、振幅不變或緩慢變化的正弦

3、波波列波列波列長波列長L = c二、光的相關性二、光的相關性每一波列繼續(xù)時間約為每一波列繼續(xù)時間約為s 109 或分子運動形狀改動時發(fā)出或分子運動形狀改動時發(fā)出波列長度的數(shù)量級為波列長度的數(shù)量級為L = 0.1 mL = 0.1 m兩波列的干涉景象無法覺察兩波列的干涉景象無法覺察 普通光源發(fā)出的光是由構成光源的大量原子普通光源發(fā)出的光是由構成光源的大量原子原子發(fā)出的每一列光波是一段有限長的、振原子發(fā)出的每一列光波是一段有限長的、振 因波列繼續(xù)時間過短因波列繼續(xù)時間過短振動方向和頻率不一定一樣，相位間無固定關系振動方向和頻率不一定一樣，相位間無固定關系不同原子發(fā)的光不同原子發(fā)的光同一原子先后發(fā)的

4、光同一原子先后發(fā)的光同一原子同一原子不同原子不同原子頻率一樣，振動方向一樣，在相遇點有恒定相位差頻率一樣，振動方向一樣，在相遇點有恒定相位差結論：兩個獨立光源發(fā)出的光波或同一光源結論：兩個獨立光源發(fā)出的光波或同一光源 兩列波為相關波的條件：兩列波為相關波的條件：發(fā)出的波列發(fā)出的波列先后發(fā)出的波列先后發(fā)出的波列兩部分發(fā)出的光波在相遇區(qū)察看不到干涉景象兩部分發(fā)出的光波在相遇區(qū)察看不到干涉景象2. 相關光的獲得方法相關光的獲得方法波列再令其重疊發(fā)生干涉波列再令其重疊發(fā)生干涉為得到明顯的干涉景象，還必需滿足：為得到明顯的干涉景象，還必需滿足： 在相遇點兩列光波的光程在相遇點兩列光波的光程 在相遇點兩列

5、光波的振幅不能相差太大在相遇點兩列光波的振幅不能相差太大光程差光程差 r1n1- r2n2相關長度相關長度一波列長一波列長最大光程差最大光程差路程路程 r1路程路程 r2介質(zhì)折射率介質(zhì)折射率 n2介質(zhì)折射率介質(zhì)折射率 n1 為實現(xiàn)光的干涉，可以從同一波列分別出兩個為實現(xiàn)光的干涉，可以從同一波列分別出兩個幾何路程與介質(zhì)折射率的乘積不能相差太大幾何路程與介質(zhì)折射率的乘積不能相差太大單色光單色光 復色光復色光具有單一頻率的光波稱為單色光。具有單一頻率的光波稱為單色光。 任何光源所發(fā)出的光波都有一定的頻率或波長任何光源所發(fā)出的光波都有一定的頻率或波長) )范圍，在此范圍，在此范圍內(nèi)，各種頻率或波長所對

6、應的強度是不同的范圍內(nèi)，各種頻率或波長所對應的強度是不同的. .所對應的波所對應的波長范圍越窄，光的單色性越好長范圍越窄，光的單色性越好. . 2 2 20I0I譜線寬度：通常用強度下降到譜線寬度：通常用強度下降到20I 的兩點之間的波長范圍的兩點之間的波長范圍 . 多種頻率復合而成的光稱為復多種頻率復合而成的光稱為復色光色光. 包含各種頻率的復色光是白包含各種頻率的復色光是白光光. 實驗室常用鈉光燈、氪燈作為單色光源，目前最好的單色光源實驗室常用鈉光燈、氪燈作為單色光源，目前最好的單色光源是激光是激光.3. 目前最好的相關光源目前最好的相關光源激光光源激光光源 激光的波列長度比普通光源長得多

7、，例如氦激光的波列長度比普通光源長得多，例如氦氖激光器產(chǎn)生的激光相關長度可達幾千米，再加氖激光器產(chǎn)生的激光相關長度可達幾千米，再加上良好的單色性和方向性等，能產(chǎn)生易于察看和上良好的單色性和方向性等，能產(chǎn)生易于察看和丈量的干涉景象丈量的干涉景象一個正在輻射激光的激光器一個正在輻射激光的激光器激光產(chǎn)生的全息圖像激光產(chǎn)生的全息圖像通常產(chǎn)生相關光源的兩種方法：通常產(chǎn)生相關光源的兩種方法： 分波陣面法分波陣面法 分振幅法分振幅法光的波陣面分成兩部分光的波陣面分成兩部分和透射將入射光的振幅分成兩部分和透射將入射光的振幅分成兩部分 利用并排的孔或縫或利用反射和折射將入射利用并排的孔或縫或利用反射和折射將入射

8、利用兩種透明介質(zhì)的分界面對入射光的反射利用兩種透明介質(zhì)的分界面對入射光的反射一、楊氏雙縫實驗一、楊氏雙縫實驗S1S2S接納屏上構成的干涉圖樣接納屏上構成的干涉圖樣狹縫視為縫光源狹縫視為縫光源光源光源雙縫雙縫接納屏接納屏位于同一波陣面上，相位一樣，成為相關光源，位于同一波陣面上，相位一樣，成為相關光源，發(fā)出的子波在相遇區(qū)發(fā)生干涉發(fā)出的子波在相遇區(qū)發(fā)生干涉縫光源縫光源S 產(chǎn)生柱面波，雙縫產(chǎn)生柱面波，雙縫S1和和S2與與S 等距，等距，狹縫狹縫縫光源縫光源因因Dd，S1、S2 發(fā)出的光波到發(fā)出的光波到P 點的波程差點的波程差為為=d sin d tan OP = xDx tanDxdrr 12 r1

9、- r2 = S2B1. 單色光入射時屏上亮暗相間干涉條紋位置的計算單色光入射時屏上亮暗相間干涉條紋位置的計算波程差計算波程差計算垂直于縫長的平面內(nèi)同相面垂直于縫長的平面內(nèi)同相面Pr1 r2 xxDOS1S2MBd 假假設設 kDxdrr 12即即, 2, 1, 0, kdDkx 初相一樣的兩相關波疊加后加強與減弱的條件為初相一樣的兩相關波疊加后加強與減弱的條件為 12rr 合振幅最大合振幅最大合振幅最小合振幅最小出現(xiàn)亮條紋出現(xiàn)亮條紋 假假設設2)12(12 kDxdrr即即, 3 , 2, 1,2)12( kdDkx 出現(xiàn)暗條紋出現(xiàn)暗條紋亮條紋級次亮條紋級次暗條紋級次暗條紋級次, 2, 1,

10、 022 kk , 2, 1, 02)12( kk 屏中心屏中心O點點, x=0，即，即k=0，在，在O點處出現(xiàn)明紋點處出現(xiàn)明紋中央明紋中央明紋.與與 k=1，2，3，對應的暗條紋稱為第一級，第二級，對應的暗條紋稱為第一級，第二級， 暗條紋暗條紋.2.2.楊氏雙縫干涉的特點楊氏雙縫干涉的特點 單色光干涉，相鄰亮條紋或暗條紋的間距為單色光干涉，相鄰亮條紋或暗條紋的間距為dDx 干涉條紋等間隔分布干涉條紋等間隔分布 白光干涉，只需中央亮條紋是白色，其他條紋發(fā)白光干涉，只需中央亮條紋是白色，其他條紋發(fā)生重疊，構成彩色條紋生重疊，構成彩色條紋xx亮條紋間距亮條紋間距暗條紋間距暗條紋間距中央亮紋中央亮紋

11、 干涉條紋間距與單色光波長成正比干涉條紋間距與單色光波長成正比 總結楊氏雙縫干涉條紋特點總結楊氏雙縫干涉條紋特點: 屏中央為明紋屏中央為明紋, 條紋對稱等距地條紋對稱等距地陳列在中央明紋兩側(cè)陳列在中央明紋兩側(cè).S1S2*Ik =+1k =-2k =+2k = 0k =-1S*條紋特點條紋特點相位差相位差20211322132122二、菲涅耳雙鏡實驗二、菲涅耳雙鏡實驗 sin2rd cosrLD sin2)cos(rrLdDx S1和和 S2相當于相當于相鄰亮條紋或暗條紋的間距為相鄰亮條紋或暗條紋的間距為出現(xiàn)亮暗條紋的條件出現(xiàn)亮暗條紋的條件光源光源接納屏接納屏M1中鏡像中鏡像M2中鏡中鏡像像鏡面

12、鏡面兩個相關光源兩個相關光源與楊氏實驗結果的類似與楊氏實驗結果的類似例例1、例題、例題14-1(自學自學)菲涅耳雙鏡菲涅耳雙鏡=10-3rad，單色，單色解解 1cos1，sin=10-3mm25. 1m 105 . 02105 . 0)5 . 02(sin2)cos(36 rrLx2當當=10-2rad時，有時，有mm125. 0m 105 . 02105 . 0)5 . 02(26 x(2)假設假設=10-2rad，問條紋間距將怎樣改動？，問條紋間距將怎樣改動？(1)求屏上兩相鄰亮條紋的間距；求屏上兩相鄰亮條紋的間距；線光源線光源S與兩鏡交線平行，與兩鏡交線平行，r =0.5m，l =50

13、0nm，L=2m。要獲得較大的條紋間距，要獲得較大的條紋間距，必需很小必需很小 變大時，條紋間距將變小變大時，條紋間距將變小三、勞埃德鏡實驗三、勞埃德鏡實驗平面鏡平面鏡MM下外表涂黑，光僅從上外表反射下外表涂黑，光僅從上外表反射S 和和 S相當于兩個相關光源相當于兩個相關光源實驗結果闡明：實驗結果闡明：楊氏實驗結果楊氏實驗結果光源光源MM中鏡像中鏡像小平面鏡小平面鏡接納屏接納屏此處出現(xiàn)暗條紋此處出現(xiàn)暗條紋稱為半波損失稱為半波損失反射光相位改動反射光相位改動了了干涉條紋類似于干涉條紋類似于 光從光疏介質(zhì)向光密介質(zhì)外表入射時光從光疏介質(zhì)向光密介質(zhì)外表入射時實際和實驗證明：實際和實驗證明：n2n1正

14、入射正入射n2 n1掠入射掠入射法線法線那么反射光的相位改動那么反射光的相位改動 ，即出現(xiàn)半波損失，即出現(xiàn)半波損失假設入射角接近假設入射角接近0正入射或接近正入射或接近90掠入射掠入射(折射率較小折射率較小) (折射率大折射率大)例例2、例題、例題14-2 勞埃德鏡線光源勞埃德鏡線光源S1到鏡面的垂距為到鏡面的垂距為S1S2MM dABOCD434/2/2/ DDDdOAOAOA=3mm，OB=0.333mm得得414/2/ DDdOBOB解：解： C為為S2投影投影求相鄰亮條紋間距及屏上能察看到的亮紋數(shù)？求相鄰亮條紋間距及屏上能察看到的亮紋數(shù)？干涉區(qū)上下邊到屏中心間隔干涉區(qū)上下邊到屏中心間隔

15、OA和和OB；(2)l=600nm,1mm，D為為1.5 m，MM=D/2，MO為為D/4。(1)求求(1)由由 ，有，有相似與CASMOA2同理同理2與楊氏實驗相比，得相鄰亮紋間距為與楊氏實驗相比，得相鄰亮紋間距為 dDx m105 . 44 由于有半波損失，光程差應為由于有半波損失，光程差應為2 xDd亮紋位置亮紋位置 x 應滿足應滿足, 2 , 1,)21(2 kdDkxkxDd 第一級亮紋位置第一級亮紋位置 x1=0.225mmOB，在干涉區(qū)外，在干涉區(qū)外將將 OB=0.333mm代入，得代入，得24. 11)2( xDdk將將 OA=3mm代入，得代入，得 k =7.17所以在屏上可

16、以看到所以在屏上可以看到2，3，4，5，6和和7級級察看不到！察看不到！共共6條干涉亮紋條干涉亮紋 從前面知, 光的干涉條紋的位置是由相位差確定的，當兩列相關光波在同一介質(zhì)中傳播時，它們在相遇點的相位差僅決議于這兩列光波的幾何路程，其關系式為：122rr 當兩列相關光波在不同介質(zhì)中傳播時，在相遇點的相位差就不決議于這兩列光波的幾何路程了，那么決議于什么？光程差四、相位差和光程差四、相位差和光程差 設兩相關光源設兩相關光源S1、S2 的頻率為的頻率為 ，初相相位同，那么振動方，初相相位同，那么振動方程可寫為程可寫為tAxtAx2cos2cos202101 假設由這兩個相關光源發(fā)出的相關光波在不同

17、介質(zhì)中的傳播，假設由這兩個相關光源發(fā)出的相關光波在不同介質(zhì)中的傳播，由由S1發(fā)出的光波在折射率為發(fā)出的光波在折射率為 n1 的介質(zhì)的介質(zhì) 中傳播，波長為中傳播，波長為 1 . 由由S2發(fā)出的光波在折射率為發(fā)出的光波在折射率為 n2 的介質(zhì)中傳播，波長為的介質(zhì)中傳播，波長為 2 . 這兩列光這兩列光波各經(jīng)過路程波各經(jīng)過路程r1 和和 r2 后到達空間中的后到達空間中的P點點, 那么兩列波在那么兩列波在P點引起點引起的振動為的振動為)(2cos)(2cos22221111rtAxrtAxPS1 S2 n11r1 r2 n22兩列波在兩列波在P點的相位差為點的相位差為1122112222rnrnrr

18、 由此看出, 兩光波在相遇點的相位差不是決議 于幾何路程，而是決議于n2r2 與 n1r1 之差光程差.11n 前面我們用相位差來表示干涉條件，即對于光波可用光程差來表示干涉條件：對于光波可用光程差來表示干涉條件： 2 )(122 kk(k=0,1,2.) 減弱減弱加強加強21222 )( kk 加強加強(k=0,1,2.) 減弱減弱 如圖S1、S2 兩相關光源發(fā)出的光波分別經(jīng)過 厚度為t1、t2 、折射率為n1、n2 的介質(zhì)在P點相遇，光程差為：11112222tntrtntrS1S2t2n2r2t1 n1Pr1S1S2enAenenrneer) 1(2) 1()( 例3、 假設有兩個同相的

19、相關點光源S 1 和 S 2 , 發(fā)出波長為 的光. A是它們中 垂線上的一點. 假設S1 與A 之間插入厚度為e 、折射率為n 的薄玻璃片，(1)求兩光源發(fā)出的光在A 點的相位差, (2)假設知 =500nm , n=1.5，A 點恰為第四級明紋中心，求膜厚. 解解: (1) (2) A點恰為第四級明紋中心 nm40001441 neen )(rr條紋中央明紋上移條紋中央明紋上移油膜油膜肥皂泡肥皂泡相遇而產(chǎn)生干涉，這種干涉也叫薄膜干涉相遇而產(chǎn)生干涉，這種干涉也叫薄膜干涉經(jīng)反射，把入射光的振幅分解為兩部分經(jīng)反射，把入射光的振幅分解為兩部分分振幅法利用薄膜的兩個外表分振幅法利用薄膜的兩個外表 當

20、薄膜兩個外表相互平行時稱為平行平面薄膜，兩個當薄膜兩個外表相互平行時稱為平行平面薄膜，兩個外表有一定角度時稱為劈形膜或劈尖。外表有一定角度時稱為劈形膜或劈尖。一、平行平面膜產(chǎn)生的干涉一、平行平面膜產(chǎn)生的干涉光線光線 2 和光線和光線 3 的光程差為的光程差為2)(ANnBCABniLPSn nd123ABCnn 面光源面光源薄膜薄膜透鏡透鏡Nr透射光也產(chǎn)生干涉，上以下圖樣互補，能量守恒透射光也產(chǎn)生干涉，上以下圖樣互補，能量守恒P 點出現(xiàn)亮暗紋的條件為點出現(xiàn)亮暗紋的條件為2sin2222innd2sin2)2()(222inndANnBCABn由幾何關系得由幾何關系得折射定律折射定律rninsi

21、nsin rirdirdiACANcossinsin2sintan2sin rdBCABcos 亮紋, 2, 1 22kk暗紋, 2, 1, 0 2) 12(kk周圍介質(zhì)折射率周圍介質(zhì)折射率薄膜折射率薄膜折射率討論討論k 的取值的取值2sin2222innd=212 )( kk(k=1,2,.) 明紋明紋(k=0,1,2,.) 暗紋暗紋 (1) 條紋在膜的上方條紋在膜的上方, 所以所以k 取正取正. (2) 明紋明紋k 不等于零不等于零, 因因k =0, d n1n2irabPdc12345e 透射光也產(chǎn)生干涉透射光也產(chǎn)生干涉, 如圖中光線如圖中光線4、光線、光線5. 光線 4透射無半波損,

22、光線 5兩次半波損相當也無半波損.n1n2 n1n2irabPdc12345einne222212sin 212 )( kk=(k=1,2,.) 明紋明紋(k=0,1,2,.) 暗紋暗紋 反射光與透射光的光程差正好差 ,因此反射光加強的地方透射光減弱,透射光加強的地方反射光減弱. 于是, 如使透2 射光的干涉條紋與反射光的條紋落在同一屏上射光的干涉條紋與反射光的條紋落在同一屏上, 看到它們的條紋是看到它們的條紋是互補的互補的. 薄膜干涉隨處可見, 汽油滴在水上, 構成汽油膜, 昆蟲的翅膀, 車床切削下的金屬碎屑外表構成的氧化膜.如右圖. 例1 空氣中的程度肥皂膜(n=1.33), 厚為0.32

23、 .如用白光垂直照射, 問皂膜呈現(xiàn)什么顏色? 解: 所呈現(xiàn)的顏色是反射光干涉加強的光.n n n n , 在上外表反射的在上外表反射的 有半波損有半波損, 在在下外表反射的下外表反射的 無半波損無半波損. 垂直入射垂直入射i=0.n kne 22 相關加強條件 (k=1,2,.)22 ne212 kne 解出解出m可見光范圍為可見光范圍為400nm760nm, 故呈現(xiàn)故呈現(xiàn) 為綠色為綠色. 567. 02 mk=1 567. 0 342 ne k=3 1.70 41 ne k=2 341. 0 543 ne mmmdn3=1.50n2=1.38n1=1空氣空氣MgF2玻璃玻璃12平行平面薄膜干

24、涉的運用平行平面薄膜干涉的運用為減弱反射光為減弱反射光照相機鏡頭照相機鏡頭 , 2 , 1 , 0212202 kkdn n2d 為光學厚度為光學厚度n 增透膜增透膜 在光學元件外表鍍的一層厚度適當?shù)耐该鹘橘|(zhì)膜在光學元件外表鍍的一層厚度適當?shù)耐该鹘橘|(zhì)膜反射光相互減弱時約為入射光的反射光相互減弱時約為入射光的1.3%光程差為光程差為 只需適中選取膜厚,便可使 以及相鄰波長的光反射減弱, 到達增透的目的. 可見光中段波長約為550nm(黃綠光), 照相機鏡頭鍍的增透膜呈現(xiàn)與黃綠光互補的紫蘭色. 0 增透膜用于冷光鏡增透膜用于冷光鏡對紅外光增透，降低光線的熱效應對紅外光增透，降低光線的熱效應增透膜增

25、透膜紅外光紅外光可可見見光光反光鏡反光鏡 例如對波長例如對波長 0 = 550 nm 的綠光，當光學厚的綠光，當光學厚度為度為 n2d = 3 0 /4 = 412 nm時，反射率最小，但時，反射率最小，但此時該薄膜對其它波長的光，反射率普通不是最此時該薄膜對其它波長的光，反射率普通不是最小。小。如用在電影放映機的光源上如用在電影放映機的光源上 多層反射膜高反射膜多層反射膜高反射膜減少透射減少透射000024222 nd每層膜反射光的光程差為每層膜反射光的光程差為He-Ne 激光器的反射鏡采用激光器的反射鏡采用多層反射膜使波長為多層反射膜使波長為632.8nm的激光反射率高達的激光反射率高達

26、99% 以上以上鍍膜的鍍膜的反射鏡反射鏡鍍膜也可添加反射鍍膜也可添加反射1.382.351.382.351.5玻璃玻璃ZnSZnSMgF2MgF2 02.35ZnS普通最多鍍普通最多鍍15-17層層兩玻璃板構成一很小夾角兩玻璃板構成一很小夾角二、劈尖劈形膜產(chǎn)生的干涉二、劈尖劈形膜產(chǎn)生的干涉2反射光的干涉條紋反射光的干涉條紋此處厚度為此處厚度為dC上外表上外表反射光反射光下外表下外表反射光反射光1棱邊棱邊劈尖中流體折射率為劈尖中流體折射率為 n 22 nd設流體折射率設流體折射率 n小于玻璃折射率小于玻璃折射率兩板間充溢空氣或其它流體，構成了劈形膜兩板間充溢空氣或其它流體，構成了劈形膜那么反射光

27、那么反射光 1和和 2 光程差光程差為為反射光反射光 2 有半波損失有半波損失在厚度在厚度 d 處出現(xiàn)亮、暗紋的條件為處出現(xiàn)亮、暗紋的條件為 對應于各級亮、暗紋的厚度分別為對應于各級亮、暗紋的厚度分別為 22 nd d亮亮紋紋, 3 , 2 , 122 kk 暗暗紋紋, 3 , 2 , 1 , 02)12( kk 亮亮紋紋, 3 , 2 , 1412 knk 暗暗紋紋, 3 , 2 , 1 , 0 2 knk 棱邊處為暗紋棱邊處為暗紋兩反射光間有半波光程差兩反射光間有半波光程差兩反射光間無半波光程差兩反射光間無半波光程差劈尖中流體的折射率和其兩側(cè)介質(zhì)折射率的影響劈尖中流體的折射率和其兩側(cè)介質(zhì)折

28、射率的影響棱邊處為亮紋棱邊處為亮紋 為劈尖夾角，有如下關系式為劈尖夾角，有如下關系式nnknkddlkk241241)1(2sin1 nnl2sin2 ldkdk+1ndk+1- dk兩相鄰亮紋間距兩相鄰亮紋間距兩相鄰亮紋處兩相鄰亮紋處劈尖厚度差劈尖厚度差設設 l 表示兩相鄰的亮紋或暗紋之間間隔表示兩相鄰的亮紋或暗紋之間間隔 不同波長的光其干涉條紋寬度不同不同波長的光其干涉條紋寬度不同討論：討論： 同一干涉條紋具有一樣厚度同一干涉條紋具有一樣厚度 同一波長的入射光，同一波長的入射光， 越小，越小，l 越大條紋越寬越大條紋越寬因此當劈尖外表凸凹不平常，會出現(xiàn)條紋彎曲因此當劈尖外表凸凹不平常，會出

29、現(xiàn)條紋彎曲 越大，越大，l 越小條紋越細越小條紋越細波長越長，條紋越寬波長越長，條紋越寬 d亮亮紋紋, 3 , 2 , 1412 knk 暗暗紋紋, 3 , 2 , 1 , 0 2 knk nnl2sin2 ,故稱為等厚條紋故稱為等厚條紋 總結總結: 劈尖的干涉條紋是平行棱邊、等距陳列的直線劈尖的干涉條紋是平行棱邊、等距陳列的直線.兩塊規(guī)范平晶兩塊規(guī)范平晶產(chǎn)生的等厚干涉條紋產(chǎn)生的等厚干涉條紋兩塊外表有缺陷平晶兩塊外表有缺陷平晶產(chǎn)生的等厚干涉條紋產(chǎn)生的等厚干涉條紋 或許有人會問或許有人會問, 玻璃上下外表也有兩束反射光玻璃上下外表也有兩束反射光, 這兩束反射光會這兩束反射光會不會相關產(chǎn)生類似的干

30、涉條紋不會相關產(chǎn)生類似的干涉條紋? 答案是答案是: 用可見光照明不會產(chǎn)生用可見光照明不會產(chǎn)生. 由由于可見光的相關長度相對玻璃厚度來說太小于可見光的相關長度相對玻璃厚度來說太小. 劈尖干涉的運用劈尖干涉的運用1 檢查加工件外表的光潔度檢查加工件外表的光潔度規(guī)范規(guī)范待測工件待測工件劈形膜劈形膜 如圖，同一級干涉條紋具有一樣厚度如圖，同一級干涉條紋具有一樣厚度.當待測工件外表有凸凹不平常，劈形膜厚當待測工件外表有凸凹不平常，劈形膜厚度會變化度會變化, 從而條紋彎曲從而條紋彎曲. 厚度變化條紋厚度變化條紋就要變化就要變化. 條紋彎向棱邊闡明該處膜厚條紋彎向棱邊闡明該處膜厚與高與高 級次處一樣級次處一

31、樣, 故工件有故工件有 痕痕; 條紋彎條紋彎曲背向棱邊闡明該處膜厚與低級次處一樣曲背向棱邊闡明該處膜厚與低級次處一樣, 故工件有凸痕故工件有凸痕.凹凹 2 丈量劈形膜厚度的變化量丈量劈形膜厚度的變化量 相鄰明紋相鄰明紋(或暗紋或暗紋) 對應的劈尖對應的劈尖厚度差為厚度差為 , 所以視場中每移過一所以視場中每移過一條明紋條明紋(或暗紋或暗紋)時時, 劈形膜厚度改劈形膜厚度改動動 . 數(shù)出視場中條紋移過的數(shù)數(shù)出視場中條紋移過的數(shù)目目, 便測得劈形膜的厚度變化便測得劈形膜的厚度變化. 如膨如膨脹干涉儀脹干涉儀.n2 n2 3 丈量劈尖厚度 相鄰明紋相鄰明紋(或暗紋或暗紋) 對應的劈尖厚度差為對應的劈

32、尖厚度差為 , 所以數(shù)出條紋數(shù)那所以數(shù)出條紋數(shù)那么可測得劈形膜厚么可測得劈形膜厚.n2 硅片上二氧化硅硅片上二氧化硅(SiO2)薄膜的厚度薄膜的厚度d ，這可用化，這可用化學方法把學方法把SiO2薄膜的一部分腐蝕成劈尖形，假設單色薄膜的一部分腐蝕成劈尖形，假設單色光從空氣垂直入射，知入射光波長光從空氣垂直入射，知入射光波長= 589.3nm， SiO2的折射率的折射率n=1.5，Si 的折射率為的折射率為3.42，假設察看，假設察看到如下圖的到如下圖的7條亮紋，問條亮紋，問SiO2膜的厚度膜的厚度d =？SiO2Sid 例例2例例14-3 制造半導體元件時，常需求準確測定制造半導體元件時，常需

33、求準確測定解解 空氣相對于空氣相對于SiO2是光疏介質(zhì)，同樣，是光疏介質(zhì)，同樣，SiO2相對于相對于Si也是光疏介質(zhì)，所以，在也是光疏介質(zhì)，所以，在SiO2薄膜上下外薄膜上下外表反射的兩光之間半波損失效果互抵。在膜厚為表反射的兩光之間半波損失效果互抵。在膜厚為d 處光程差為處光程差為 nd2 當當, 2 , 1 , 0,2 kknd 時出現(xiàn)亮紋，該處膜厚為時出現(xiàn)亮紋，該處膜厚為 nkdk2 因因d處處k = 6或或6個相鄰明紋厚度個相鄰明紋厚度差，對應膜厚為差，對應膜厚為 m10179. 12666 ndd SiO2Sid 例例3 兩塊玻璃一端恰好接觸成為空氣劈尖兩塊玻璃一端恰好接觸成為空氣劈

34、尖,用波長用波長=500 (1nm=10-9m)的單色光垂直照射的單色光垂直照射,設劈尖角設劈尖角 -4 rad. 現(xiàn)現(xiàn)將將 劈尖內(nèi)充溢折射率為劈尖內(nèi)充溢折射率為 n=1.40的液體的液體, 求從劈棱數(shù)起第五個明條紋求從劈棱數(shù)起第五個明條紋在充入液體前后挪動的間隔在充入液體前后挪動的間隔.解解: 設第五個明環(huán)處膜厚為設第五個明環(huán)處膜厚為e, 由明紋條件有由明紋條件有:522ne假設用假設用L表示該處至棱邊間隔表示該處至棱邊間隔, 那么有近似關系那么有近似關系Le nLnL49292 ,mm6014911494912121.;, nLLLnLLn充液后充液前nmeL條紋向棱邊挪動等同于條紋向棱邊挪動等同于 ，L 讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡半反鏡半反鏡光源光源平凸透鏡平凸透鏡平板玻璃平板玻璃三、牛頓環(huán)三、牛頓環(huán)透射環(huán)透射環(huán)反射環(huán)反射環(huán)222)(RrdR 上式可略去高階小量上式可略去高階小量d 2 Rrd22 22222RrdRdR drRCO由幾何關系得由幾何關系得為為 r 處的薄膜厚度為處的薄膜厚度為d設平凸鏡球面的球心為設平凸鏡球面的球心為C， 半徑為半徑為R，距，距O 得得通常通常 R d 離中心越遠條紋越密離中心越遠條紋越密. 2222 Rnrnd亮環(huán)亮環(huán)暗環(huán)暗環(huán) r亮環(huán)亮環(huán)暗環(huán)暗環(huán)或或設薄膜折射率為設薄