大學(xué)物理薄膜干涉課件

主講教師：劉秀英預(yù)習(xí)：§10.4作業(yè)：P131，10-7，10-13，10-14§10--3分振幅干涉引言：地面彩色油膜肥皂泡上的彩色條紋PLDC34E5A1B210.3.1薄膜干涉幾何路徑引起的光程差光線23光程差:利用幾何關(guān)系：加強(qiáng)減弱PLDC34E5A1B2考慮半波損失：利用干涉條件：根據(jù)折射定律：或：透射光的光程差透射光和反射光的光程差相差了半個(gè)波長PLDC34E5A1B2F反射加強(qiáng)——透射減弱反射減弱——透射加強(qiáng)注意：透射光和反射光干涉具有互補(bǔ)性，符合能量守恒定律.以后無論是討論反射光干涉，還是研究透射光干涉，只要研究反射光的光程差即可。計(jì)算反射光光程差的步驟：找出兩相干光線的光路，寫出到相遇點(diǎn)的幾何光程差Δ；若兩光線相遇前均有(或無)半波損失，則光程差為：Δ若其中僅有一條光線有半波損失，則光程差Δ＋λ／２當(dāng)時(shí)若n1n2n3或n1n2n3無附加光程差/2或n1n2n3若n1n2n3有附加光程差/2薄膜干涉的應(yīng)用在光學(xué)器件中，由于表面上的反射與透射，在器件表面要鍍膜，來改變反射與透射光的比例?？捎性鐾改?，增反膜。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)。1.增透膜n1<n<n玻i=0n玻

光學(xué)鏡頭為減少反射光，通常要鍍增透膜。作用：增透、減反！例如：較高級的照相機(jī)的鏡頭由6個(gè)透鏡組成，如不采取有效措施，反射造成的光能損失可達(dá)45%~90%。為增強(qiáng)透光，要鍍增透膜，或減反膜。復(fù)雜的光學(xué)鏡頭采用增透膜可使光通量增加10倍。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)。2.增反膜

光學(xué)鏡頭為減少透光量，增加反射光，通常要鍍增反膜。例10-4

為增強(qiáng)照相機(jī)鏡頭的透射光，往往在照相機(jī)玻璃鏡頭的表面涂有一層透明的氟化鎂(MgF2)薄膜，使對某種照相底片最敏感的波長為550nm的黃綠光透射增強(qiáng).試問此薄膜的最小厚度應(yīng)為多少？已知玻璃的折射率為1.50，氟化鎂的折射率為1.38.解：因?yàn)?，所以反射光?jīng)歷兩次半波損失。取k＝0，有薄膜干涉的應(yīng)用1．增透膜解：2．增反膜例：氦氖激光器中的諧振腔反射鏡，要求對=632.8nm的單色光的反射率在99%以上。為此，在反射鏡玻璃表面交替鍍上高折射率材料ZnS(n1=2.35)和低折射率材料MgF(n2=1.38)的多層薄膜制成，共十三層。求每層薄膜的實(shí)際厚度(按最小厚度計(jì)算)。ZnSMgF對第一層(ZnS)，取k=1對第二層(MgF)，取k=1n2例有一層折射率為1.33的薄油膜，當(dāng)我們觀察方向與膜的法線方向成30角時(shí)，可看到油膜反射的光呈波長為500nm的綠色光，問油膜的最小厚度為多少？

(2)如果從法線方向上看，反射光的顏色為何？30解：(1)將i=30,k=1,n2

=1.33、n1

=1代入dmin=101.4nm(2)從法向看，i=0n2k=1時(shí)，1=539.4nm綠色光k=2時(shí)，2=179.8nm紫外線，看不見。只見1=539.4nm的綠色光。？背面什么顏色？透射加強(qiáng)反射減弱！薄膜干涉的分類：薄膜同一厚度處對應(yīng)同一級次干涉條紋；薄膜不同厚度處對應(yīng)于不同級次干涉條紋；條紋形狀與薄膜等厚線相同1）入射角i一定（平行光入射），δ隨薄膜厚度d變化等厚干涉2）若薄膜厚度均勻（d一定），δ隨入射角i變化同一入射角i對應(yīng)于同一級干涉條紋；不同入射角對應(yīng)不同級次的條紋，干涉條紋為一組同心圓環(huán)等傾干涉SM劈尖角10.3.2薄膜的等厚干涉明紋暗紋一劈尖干涉～104rad。與棱邊平行的明暗相間的條紋劈尖干涉討論

1）棱邊暗紋.光程差只與薄膜的厚度有關(guān)，介質(zhì)表面上的同一條等厚線上，對應(yīng)同一級次的干涉條紋，稱為等厚干涉明紋暗紋介質(zhì)中波長的一半3）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖干涉4）相鄰明紋（或暗紋）間條紋間距（明紋）（暗紋）2)第k級條紋處劈尖厚度（明紋）（暗紋）每一條紋對應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對應(yīng)的條紋隨之移動(dòng).

5）干涉條紋的移動(dòng)定性結(jié)論：——膜變厚，條紋向膜較薄處移動(dòng)；—膜變薄，條紋向膜較厚處移動(dòng)。條紋移動(dòng)數(shù)目薄膜厚度改變量2）測膜厚1）干涉膨脹儀劈尖干涉的應(yīng)用空氣

3）檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度4）測細(xì)絲的直徑12345

L12345

L例：用波長=500nm的單色光垂直照射在由兩塊玻璃板構(gòu)成的空氣劈尖上。劈尖角=2104rad。如果劈尖內(nèi)充滿折射率為n=1.4的液體，求從劈棱數(shù)起第五個(gè)明條紋在充入液體前后移動(dòng)的距離。解：明紋空氣劈尖液體劈尖條紋移動(dòng)的距離二牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成

牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡SL

M半透半反鏡T干涉條紋是以接觸點(diǎn)為圓心的同心圓環(huán)。條紋隨r的增大而變密！光程差R光程差明紋暗紋re暗環(huán)半徑明環(huán)半徑

3）應(yīng)用例子:可以用來測量光波波長，用于檢測透鏡質(zhì)量，曲率半徑等.

1）從反射光中觀測，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？從透射光中觀測，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？工件標(biāo)準(zhǔn)件暗環(huán)半徑明環(huán)半徑討論10.3.3薄膜的等傾干涉干涉條紋的級數(shù)決定于入射光的入射角的干涉。實(shí)驗(yàn)裝置：r薄膜透鏡擴(kuò)展光源“1”“2”“3”“4”屏光線1,2,3,4不是相干光！其產(chǎn)生的干涉圓環(huán)進(jìn)行非相干疊加，提高條紋的亮度！10.3.3薄膜的等傾干涉干涉條紋的級數(shù)決定于入射光的入射角的干涉。對于不同傾角i的光入射：傾角i越小，條紋越在里面r傾角i越小，δ越大，條紋級數(shù)越高，圓環(huán)從外向里，條紋級次逐漸增大。1）當(dāng)膜厚增加時(shí)：圓形干涉條紋向外擴(kuò)展明紋盯住某條明紋，不變，條紋向外擴(kuò)展e增加，i增大，討論：若膜厚發(fā)生變化時(shí)，條紋的移動(dòng)情況：2）當(dāng)膜厚減小時(shí)：圓形干涉條紋向里收縮盯住某條明紋，不變，條紋向里收縮e減小，i減小，單色光源反射鏡反射鏡

10.3.4邁克耳孫干涉儀與成角補(bǔ)償板分光板移動(dòng)導(dǎo)軌一邁克耳孫干涉儀反射鏡反射鏡單色光源的像當(dāng)不垂直于時(shí)，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源干涉條紋移動(dòng)數(shù)目邁克爾孫干涉儀的主要特性兩相干光束在空間完全分開，并且反射鏡可以移動(dòng)，移動(dòng)距離移動(dòng)反射鏡移動(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.插入介質(zhì)片后光程差變化干涉條紋移動(dòng)數(shù)目介質(zhì)片厚度介質(zhì)片折射率例10-9

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)充以一個(gè)大氣壓的空氣，在向真空玻璃管中逐