高二物理競賽薄膜干涉 課件

1§10.2薄膜干涉

利用薄膜上、下兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)獲得相干光束。一、薄膜干涉擴(kuò)展光源照射下的薄膜干涉在一均勻透明介質(zhì)n1中放入上下表面平行,厚度為e

的均勻介質(zhì)n2(>n1)，用擴(kuò)展光源照射薄膜，其反射光如圖所示S1ACBD21.光程差反射光:設(shè)n2＞n1，則半波損失S1ACBD3透射光:ABC與反射光不同的是，沒有半波損失2.干涉加強(qiáng)減弱條件(反射光)相長干涉k=1,2,3,…相消干涉k=0,1,2,…43.等傾干涉

厚度均勻的薄膜(e處處相等)，光程差隨入射光線的傾角i而變.屏幕擴(kuò)展光源透鏡n

具有相同的傾角i的光形成同一級(jí)（k相同）的干涉明條紋或暗條紋.

在厚度均勻的薄膜上產(chǎn)生的這種干涉條紋叫做等傾干涉條紋.5二、增透膜與增反膜鏡頭顏色為什么發(fā)紫?增透膜：利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強(qiáng)。增反膜：利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長干涉，因此反射光因干涉而加強(qiáng)。6例已知用波長＝550nm

，照相機(jī)鏡頭n3=1.5，其上涂一層n2=1.38的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。問：若反射光相消干涉的條件中取

k=1，膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內(nèi)有沒有增反？en1=1n2=1.38n3=1.5ab解：因?yàn)閚1<n2<n3

，所以反射光經(jīng)歷兩次半波損失。反射光相干相消的條件是：7此膜對(duì)反射光相干相長的條件：2en=kkk=11=828nmk=22=414nmk=33=276nm

可見光波長范圍400~700nm,波長414nm的可見光有增反。反射光為紫色光。8三、劈尖干涉肥皂膜的等厚干涉條紋不規(guī)則表面

當(dāng)一平行光投射到厚薄不均勻的薄膜上，其光程差則隨著厚度e而變化，厚度相同的區(qū)域，其光程差相同，這些區(qū)域就出現(xiàn)同一級(jí)別的干涉條紋，故謂之等厚干涉。91.劈尖干涉夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜。:10-4~10-5rad空氣劈尖棱邊楔角實(shí)際應(yīng)用中,

i=0,即正入射反射光1單色平行光垂直入射en1n1n2·A反射光2若n2>n1,則(空氣n2=1)10干涉條件明紋

k=1,2,3，…暗紋k=0,1,2,3，…條紋特點(diǎn)◆條紋為明暗相間平行于棱邊的直線空氣劈，存在半波損失，棱邊處是暗紋◆透射光的干涉條紋位置則與反射光好相反◆相鄰明（暗）紋處的厚度差ekek+1e11厚度差是薄膜中的光波波長二分之一ekek+1e◆

相鄰明(暗)紋間的距離ll

越小，l越大，條紋越??；

越大，l越小，條紋越密。當(dāng)大到某一值，條紋密不可分，無干涉。12◆白光照射

劈尖干涉的應(yīng)用依據(jù)公式測波長：已知θ、n，測L可得測折射率：已知θ、，測L可得n測細(xì)小直徑、厚度、微小變化測表面不平度等厚條紋待測工件平晶待測樣品石英環(huán)平晶干涉膨脹儀13例:用等厚干涉法測細(xì)絲的直徑d。取兩塊表面平整的玻璃板，左邊棱迭合在一起，將待測細(xì)絲塞到右棱邊間隙處，形成一空氣劈尖。用波長0的單色光垂直照射，得等厚干涉條紋，測得相鄰明紋間距為L，玻璃板長L0，求細(xì)絲的直徑。d解：相鄰明紋的高度差142.牛頓環(huán)erMN0RC干涉條件：空氣薄層中，上下表面反射光明紋k=1,2,3，…暗紋k=0,1,2,3，…15明環(huán)半徑

k=1,2,…暗環(huán)半徑k=0,1,2…16條紋特點(diǎn)

條紋不是等間距的，級(jí)數(shù)越高，條紋越密。內(nèi)圈的條紋級(jí)次低。暗環(huán)間距

空氣劈,在e=0處,為暗斑,證明有半波損失。

透射光的牛頓環(huán)，其明、暗環(huán)位置則好與反射干涉的情形相反。17牛頓環(huán)的應(yīng)用依據(jù)公式▲測透鏡球面的半徑R

▲測波長

已知,測

m、rk+m、rk，可得R。已知R，測出m

、rk+m、rk，可得?！鴻z驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測透鏡暗紋18例已知：用紫光照射，借助于低倍測量顯微鏡測得由中心往外數(shù)第k

級(jí)明環(huán)的半徑rk=3.0×10-3m,k

級(jí)往上數(shù)第16個(gè)明環(huán)半徑rk+16=5.0×10-3m,平凸透鏡的曲率半徑R=2.50m求：紫光的波長？erMN0RC解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：19四.邁克耳孫干涉儀1.結(jié)構(gòu)和光路M2可動(dòng)平面反射鏡M1固定平面反射鏡G1分光板G2補(bǔ)償板面光源121/2/2/1/M1/十字叉絲等厚條紋202.干涉圖象若M1、M2平行

等傾條紋

若M1、M2有小夾角等厚條紋3.應(yīng)用：微小位移測量若條紋為等厚條紋，M1平移d時(shí)，干涉條移過N條，則有：測折射率21例.在邁克耳遜干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長的玻璃管A、B

，其中一個(gè)抽成真空，另一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓空氣的過程中觀察到107.2

條條紋移動(dòng)，所用波長為