(31)光程薄膜干涉new

1、光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜一、一、光程、光程差光程、光程差二、二、透鏡不引起附加的光程差透鏡不引起附加的光程差三、三、薄膜干涉薄膜干涉四、增透膜、增反膜四、增透膜、增反膜 課本：課本：18.1.4光程；光程；18.3.1； 作業(yè)：練習(xí)冊(cè)（作業(yè)：練習(xí)冊(cè)（31）1n3n2nP1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn 光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜*1sP1r*2s2rn*1sP1r*2s2r思考思考不同介質(zhì)時(shí)怎么求相位差？相位差？ 波程差波程差 12rrr2r相位差相位差【引入引入】為什么要引入為什么要引入“光程光程”概

2、念？概念？一、光程一、光程(optical path)、光程差、光程差1) 光程光程: 媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積 =iirn2）光程差：兩光程之差）光程差：兩光程之差光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜*1sP1r*2s2rn不同介質(zhì)時(shí)求傳到P點(diǎn)兩個(gè)振動(dòng)之間相位差)(2cos1101rTtEE)(2cos2202rTtEEn介質(zhì)中的波長(zhǎng)介質(zhì)中的波長(zhǎng)真空中的波長(zhǎng)真空中的波長(zhǎng) 相位差相位差 )(2)(212rTtrTt)(212rr)(212rnr nr光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜真空中真空中l(wèi) 2介質(zhì)中介質(zhì)中

3、x2nnxl lx【思考思考】光在折射率為光在折射率為n的介質(zhì)中傳播的介質(zhì)中傳播x路程所引起路程所引起的相位變化，與在真空中傳播的相位變化，與在真空中傳播多少多少路程所引起的相路程所引起的相位變化相同？位變化相同？光程光程: 媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積 穿越多種介質(zhì)時(shí)，穿越多種介質(zhì)時(shí)，iirnnr物理意義物理意義：光程就是光在媒質(zhì)中通過(guò)的幾何路：光程就是光在媒質(zhì)中通過(guò)的幾何路程程 , 按按相位變化相位變化相等相等折合折合到真空中的路程到真空中的路程. 注意注意光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜2 相位差相位差3）光程差）光程差 與相位差的

4、關(guān)系與相位差的關(guān)系*1sP1r*2s2rn2 相位差相位差12rnr光程差光程差例、不同介質(zhì)時(shí)求相位差？相位差？解：解：)(212rnr 1S2S1n1r2r2nP問(wèn)：右圖中兩條光線的幾何右圖中兩條光線的幾何路程是否相等？光程是否相路程是否相等？光程是否相等？光程差是多少？等？光程差是多少？答：答：幾何路程相等，光程不等。幾何路程相等，光程不等。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜2 相位差相位差,2, 1 ,02,kk,2, 1 ,0, )12(kk加強(qiáng)加強(qiáng)減弱減弱原原來(lái)來(lái),2, 1 ,0,kk, 2 , 1 , 0,2) 12(kk現(xiàn)現(xiàn)在在加強(qiáng)加強(qiáng)減弱減弱4）明、暗

5、紋的基礎(chǔ)公式）明、暗紋的基礎(chǔ)公式光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜例、例、在楊氏雙縫干涉中，若作如下變動(dòng)，屏幕上干涉在楊氏雙縫干涉中，若作如下變動(dòng)，屏幕上干涉條紋將如何變化？條紋將如何變化？條紋寬度不變，但條條紋寬度不變，但條紋整體向放置透明薄紋整體向放置透明薄膜的方向移動(dòng)膜的方向移動(dòng)1S2S1r2rh6）在雙縫之一的后面放一折射率為在雙縫之一的后面放一折射率為n 的透明薄膜時(shí)，的透明薄膜時(shí)，條紋如何變化？條紋如何變化？【深入討論深入討論】已知已知S2 縫上覆蓋的介質(zhì)厚度為縫上覆蓋的介質(zhì)厚度為 h ，折，折射率為射率為 n ，若原來(lái)的零級(jí)明紋移至原來(lái)的第，若原來(lái)的零級(jí)

6、明紋移至原來(lái)的第 k 級(jí)明級(jí)明條紋處，其介質(zhì)片的厚度條紋處，其介質(zhì)片的厚度 h 為多少？為多少？光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜問(wèn)：?jiǎn)枺涸瓉?lái)的零級(jí)條紋移至何處？原來(lái)的零級(jí)條紋移至何處？1S2S1r2rh12)(rnhhr解：解：從從S1和和S2發(fā)出的相干發(fā)出的相干光所對(duì)應(yīng)的光程差光所對(duì)應(yīng)的光程差h)n(rr112 零條紋的位置應(yīng)滿足：零條紋的位置應(yīng)滿足： =0零級(jí)明條紋在零級(jí)明條紋在x軸負(fù)軸，即軸負(fù)軸，即零級(jí)明紋往下移動(dòng)零級(jí)明紋往下移動(dòng)了，也即了，也即條紋整體往下移動(dòng)條紋整體往下移動(dòng)0 零級(jí)明條紋處是零級(jí)明條紋處是等光程點(diǎn)等光程點(diǎn)光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、

7、薄膜干涉、增透膜、增反膜 krr 12設(shè)有介質(zhì)時(shí)零級(jí)明條紋移到原來(lái)第設(shè)有介質(zhì)時(shí)零級(jí)明條紋移到原來(lái)第 k 級(jí)處，則它級(jí)處，則它必須同時(shí)滿足必須同時(shí)滿足原來(lái)原來(lái) k 級(jí)明條紋位置級(jí)明條紋位置和和現(xiàn)在的零級(jí)現(xiàn)在的零級(jí)位置的條件位置的條件：1 nkh h)n(rr112 原來(lái)原來(lái) k 級(jí)明條紋位置級(jí)明條紋位置現(xiàn)在的零級(jí)位置的條件現(xiàn)在的零級(jí)位置的條件聯(lián)立解得：聯(lián)立解得：若移至原來(lái)的第若移至原來(lái)的第 k 級(jí)明條紋處，其厚度級(jí)明條紋處，其厚度 h 為多少？為多少？【思考思考】為什么條紋寬度不變？為什么條紋寬度不變？ 原有原有k 0負(fù)級(jí)次負(fù)級(jí)次光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜FAB

8、o二、透鏡不引起附加的光程差二、透鏡不引起附加的光程差FAB焦平面焦平面做平行光的垂線后，從垂足點(diǎn)做平行光的垂線后，從垂足點(diǎn)A、B、C 各點(diǎn)經(jīng)各點(diǎn)經(jīng)過(guò)透鏡到匯聚處過(guò)透鏡到匯聚處F點(diǎn)的光程都相等。點(diǎn)的光程都相等。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜不同光線通過(guò)透鏡要改變傳播方向，不同光線通過(guò)透鏡要改變傳播方向，會(huì)不會(huì)引起附加光程差？會(huì)不會(huì)引起附加光程差？ABCabcF實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：若點(diǎn)若點(diǎn)A、B、C 的相位相同，在的相位相同，在F點(diǎn)點(diǎn)會(huì)聚，互相會(huì)聚，互相加強(qiáng)加強(qiáng)做平行光的垂線后，從垂足點(diǎn)做平行光的垂線后，從垂足點(diǎn)A、B、C 各點(diǎn)經(jīng)過(guò)透鏡各點(diǎn)經(jīng)過(guò)透鏡到匯聚處到匯聚處F

9、點(diǎn)的光程都相等。點(diǎn)的光程都相等。AaF比比BbF經(jīng)過(guò)的幾何路程長(zhǎng)，但經(jīng)過(guò)的幾何路程長(zhǎng)，但BbF在透鏡在透鏡中經(jīng)過(guò)的路程比中經(jīng)過(guò)的路程比AaF長(zhǎng)，透鏡折射率大于長(zhǎng)，透鏡折射率大于1，折算成光程，折算成光程， AaF的光程與的光程與BbF的光程相等的光程相等解解釋釋使用透鏡不會(huì)引起各相干光之間的附加光程差。使用透鏡不會(huì)引起各相干光之間的附加光程差。?思考思考光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜三、薄膜干涉三、薄膜干涉 (film interference) 薄膜干涉是一種分振幅干涉。人們?cè)谌粘Ｉ畋∧じ缮媸且环N分振幅干涉。人們?cè)谌粘Ｉ钪袝?huì)經(jīng)常見到薄膜干涉現(xiàn)象，如陽(yáng)光下五彩

10、繽紛的中會(huì)經(jīng)常見到薄膜干涉現(xiàn)象，如陽(yáng)光下五彩繽紛的肥皂泡，雨后馬路邊水面上油膜的彩色條紋，經(jīng)過(guò)肥皂泡，雨后馬路邊水面上油膜的彩色條紋，經(jīng)過(guò)高溫處理后的金屬表面所呈現(xiàn)美麗的藍(lán)色，這些都高溫處理后的金屬表面所呈現(xiàn)美麗的藍(lán)色，這些都是薄膜干涉現(xiàn)象。是薄膜干涉現(xiàn)象。薄膜薄膜材料厚度與光波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)材料厚度與光波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜P1n1n2n1M2MeL等厚薄膜干涉等厚薄膜干涉ADCDADnBCABn1232)(12sinsinnni212nn iDC34E5A1B2考慮反射時(shí)的考慮反射時(shí)的“半波損失半波損失”如右圖，等厚薄如右圖，等厚薄膜（分振幅法

11、）膜（分振幅法）光線光線 2 與與 3 的光程差為的光程差為 光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜等厚薄膜干涉等厚薄膜干涉ADnBCABn1232)(coseBCABiACADsiniesintan212sinsinnni2P1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn 幾幾何何關(guān)關(guān)系系2cos22sin1cos222232enne光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜2sin222122rinne 反反射光的光程差射光的光程差(21)2kk 明明暗暗思考思考1等傾干涉條紋：等傾干涉條紋：薄膜厚度均勻，即薄膜厚度均勻，即e e固定，固定，

12、則則由由i決定，決定，i相同，干涉條紋級(jí)別相同。相同，干涉條紋級(jí)別相同。 或者說(shuō)，或者說(shuō)，同一條干涉條紋都是由來(lái)自同有一傾同一條干涉條紋都是由來(lái)自同有一傾角的入射光形成的角的入射光形成的。 擴(kuò)展光源上不同點(diǎn)發(fā)出的光擴(kuò)展光源上不同點(diǎn)發(fā)出的光線，只要以同一傾角入射，其線，只要以同一傾角入射，其反射相干光就具有相同的光程反射相干光就具有相同的光程差，它們將在同一位置形成同差，它們將在同一位置形成同一條干涉條紋。這些干涉條紋一條干涉條紋。這些干涉條紋強(qiáng)度疊加，使明亮度增加。強(qiáng)度疊加，使明亮度增加。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 等傾干涉條紋是一組等傾干涉條紋是一組內(nèi)疏外密

13、內(nèi)疏外密的同心圓環(huán)，越的同心圓環(huán)，越向內(nèi)，級(jí)次越高。向內(nèi)，級(jí)次越高。 如如光源發(fā)出的是復(fù)合光，則看到同心彩色園環(huán)。光源發(fā)出的是復(fù)合光，則看到同心彩色園環(huán)。 (21)2kk 明明暗暗i , k 2sin222122rinne光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜inne22122tsin2 透射光透射光的光程差的光程差 【結(jié)論結(jié)論】1、透射光也是相干光、透射光也是相干光 2、透射光和反射光干涉、透射光和反射光干涉具有互具有互 補(bǔ)補(bǔ) 性性 ，符合能量，符合能量守恒定律守恒定律根據(jù)具體根據(jù)具體情況而定情況而定2/sin222122inne反P1n1n2n1M2MeLiDC34E

14、5A1B212nn 思考思考2透射光的光程差為？干涉情況？透射光的光程差為？干涉情況？已知已知當(dāng)反射方向干涉加強(qiáng)時(shí)，在透射方向就干涉減弱。當(dāng)反射方向干涉加強(qiáng)時(shí)，在透射方向就干涉減弱。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜附加光程差：附加光程差：根據(jù)根據(jù)具體情具體情況況(？)而定而定 當(dāng)光線垂直入射時(shí)當(dāng)光線垂直入射時(shí) 0i附加2r2en1n3n2n思考思考3附加反inne22122sin2光線垂直入射時(shí)光線垂直入射時(shí)思考思考4三種介質(zhì)時(shí)附加光程差的確定三種介質(zhì)時(shí)附加光程差的確定 滿足滿足n1n3(或或n1 n2 n2n3(或或n1 n2 n3)附加光程差為附加光程差為 0即

15、兩束反射光都有（或都即兩束反射光都有（或都沒(méi)有）半波損失沒(méi)有）半波損失光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜1n3n2n之間、在之間、不在附加光程差31231202nnnnnn減弱（暗）加強(qiáng)（明）附加光程差垂直入射時(shí)，, 2 , 1 , 02) 12(, 2 , 122kkkken知識(shí)點(diǎn)小結(jié)知識(shí)點(diǎn)小結(jié)等厚薄膜（上下表面平行）干涉規(guī)律等厚薄膜（上下表面平行）干涉規(guī)律光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜四、增透膜和增反膜四、增透膜和增反膜增透膜增透膜- 利用薄膜上、下表面利用薄膜上、下表面反射光反射光的光程差符的光程差符合合干涉干涉相消相消來(lái)減少反射光

16、，從而使透射增強(qiáng)。來(lái)減少反射光，從而使透射增強(qiáng)。增反膜增反膜-利用薄膜上、下表面利用薄膜上、下表面反射光反射光的光程差滿的光程差滿足足干涉干涉相長(zhǎng)相長(zhǎng)，因此反射光因干涉而加強(qiáng)。，因此反射光因干涉而加強(qiáng)。相相機(jī)機(jī)鏡鏡頭頭 電電影影放放映映機(jī)機(jī)用用燈燈 光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜2min4nddnm6 .990k取取（增強(qiáng)增強(qiáng)）氟化鎂為增透膜氟化鎂為增透膜例例 為了增加透射率為了增加透射率 , 求求 氟化鎂膜的最小厚度氟化鎂膜的最小厚度.已知已知 空氣空氣00. 11nnm550,氟化鎂氟化鎂 ,38. 12n減弱減弱2) 12(22rkdn解解 222tdn則則

17、23玻璃玻璃23nn d1n2n應(yīng)用應(yīng)用利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率 . .光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 光束在玻璃表面有約光束在玻璃表面有約4 4的反射。一般的反射。一般光學(xué)儀器總是由相當(dāng)數(shù)量的透鏡、棱鏡等光學(xué)儀器總是由相當(dāng)數(shù)量的透鏡、棱鏡等光學(xué)元件組成。反射面的增加使透射光的光學(xué)元件組成。反射面的增加使透射光的能量嚴(yán)重衰減，例如：對(duì)于有十來(lái)個(gè)反射能量嚴(yán)重衰減，例如：對(duì)于有十來(lái)個(gè)反射面的棱鏡型雙筒望遠(yuǎn)鏡，這種反射損失可面的棱鏡型雙筒望遠(yuǎn)鏡，這種反射損失可達(dá)達(dá)4545！對(duì)更為復(fù)雜的潛水艇上的潛望鏡，！對(duì)更為復(fù)雜的潛水艇

18、上的潛望鏡，反射面有反射面有4040多個(gè)，因而反射損失竟達(dá)多個(gè)，因而反射損失竟達(dá)9090！ 光束在界面上的反射不僅造成束能損光束在界面上的反射不僅造成束能損失，而且由于在界面的反復(fù)反射形成多重失，而且由于在界面的反復(fù)反射形成多重重影，也使像質(zhì)變壞。解決的辦法就是重影，也使像質(zhì)變壞。解決的辦法就是鍍鍍?cè)鐾改ぴ鐾改ぁ?提高光學(xué)器件的透光率的鍍膜提高光學(xué)器件的透光率的鍍膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 實(shí)際應(yīng)用中，常需要一些反射率較高的光學(xué)元件。實(shí)際應(yīng)用中，常需要一些反射率較高的光學(xué)元件。 這時(shí)必須采用這時(shí)必須采用多層膜系方法多層膜系方法。如：激光諧振腔如：激光諧振腔的

19、反射端，要求的反射端，要求反射率達(dá)反射率達(dá)99.999.9。高質(zhì)量的攝影攝高質(zhì)量的攝影攝像機(jī)鏡頭要有全像機(jī)鏡頭要有全色的高透光率。色的高透光率。 紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感系統(tǒng)、各種紅外系統(tǒng)、各種紅外攝像儀、夜視儀攝像儀、夜視儀的透鏡都需鍍上的透鏡都需鍍上高增透膜。高增透膜。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 這就是因?yàn)樵谕哥R表面鍍了一層氟化鎂這就是因?yàn)樵谕哥R表面鍍了一層氟化鎂(MgF2)薄膜的效果。其作用是使膠片最敏感的黃綠光透過(guò)薄膜的效果。其作用是使膠片最敏感的黃綠光透過(guò)的更多一些。這樣一來(lái)，反色光中黃綠成分減少了，的更多一些。這樣一

20、來(lái)，反色光中黃綠成分減少了，顯示的就是黃綠色的補(bǔ)色顯示的就是黃綠色的補(bǔ)色藍(lán)紅色。藍(lán)紅色。補(bǔ)色補(bǔ)色油畫色彩學(xué)中的概念油畫色彩學(xué)中的概念七色中去掉一色七色中去掉一色剩余的就是這一色的補(bǔ)色剩余的就是這一色的補(bǔ)色 【思考思考】為什么照相機(jī)鏡頭看上去為紫色？為什么照相機(jī)鏡頭看上去為紫色？ 【增反膜應(yīng)用增反膜應(yīng)用】宇宙飛船的太陽(yáng)能電池板、宇航員宇宙飛船的太陽(yáng)能電池板、宇航員的頭盔面甲等都需要紅外反射涂層。的頭盔面甲等都需要紅外反射涂層。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 例例 一油輪漏出的油一油輪漏出的油(折射率折射率 =1.20)污染了某污染了某海域海域, 在海水在海水( =1.30)表面形成一層薄薄的油污表面形成一層薄薄的油污. (1) 如果太陽(yáng)正位于海域上空如果太陽(yáng)正位于海域上空,一直升飛機(jī)的駕