大學物理薄膜干涉課件

主講教師：劉秀英預習：§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波長PLDC34E5A1B2F反射加強——透射減弱反射減弱——透射加強注意：透射光和反射光干涉具有互補性，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當時若n1n2n3或n1n2n3無附加光程差/2或n1n2n3若n1n2n3有附加光程差/2薄膜干涉的應用在光學器件中，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。1.增透膜n1<n<n玻i=0n玻

光學鏡頭為減少反射光，通常要鍍增透膜。作用：增透、減反！例如：較高級的照相機的鏡頭由6個透鏡組成，如不采取有效措施，反射造成的光能損失可達45%~90%。為增強透光，要鍍增透膜，或減反膜。復雜的光學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。2.增反膜

光學鏡頭為減少透光量，增加反射光，通常要鍍增反膜。例10-4

為增強照相機鏡頭的透射光，往往在照相機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.試問此薄膜的最小厚度應為多少？已知玻璃的折射率為1.50，氟化鎂的折射率為1.38.解：因為，所以反射光經(jīng)歷兩次半波損失。取k＝0，有薄膜干涉的應用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。求每層薄膜的實際厚度(按最小厚度計算)。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，當我們觀察方向與膜的法線方向成30角時，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，1=539.4nm綠色光k=2時，2=179.8nm紫外線，看不見。只見1=539.4nm的綠色光。？背面什么顏色？透射加強反射減弱！薄膜干涉的分類：薄膜同一厚度處對應同一級次干涉條紋；薄膜不同厚度處對應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對應于同一級干涉條紋；不同入射角對應不同級次的條紋，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）每一條紋對應劈尖內(nèi)的一個厚度，當此厚度位置改變時，對應的條紋隨之移動.

5）干涉條紋的移動定性結(jié)論：——膜變厚，條紋向膜較薄處移動；—膜變薄，條紋向膜較厚處移動。條紋移動數(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用空氣

3）檢驗光學元件表面的平整度4）測細絲的直徑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)起第五個明條紋在充入液體前后移動的距離。解：明紋空氣劈尖液體劈尖條紋移動的距離二牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成

牛頓環(huán)實驗裝置牛頓環(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，中心點是暗點還是亮點？從透射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？2）屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？工件標準件暗環(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。實驗裝置：r薄膜透鏡擴展光源“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）當膜厚增加時：圓形干涉條紋向外擴展明紋盯住某條明紋，不變，條紋向外擴展e增加，i增大，討論：若膜厚發(fā)生變化時，條紋的移動情況：2）當膜厚減小時：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償板分光板移動導軌一邁克耳孫干涉儀反射鏡反射鏡單色光源的像當不垂直于時，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，移動距離移動反射鏡移動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

，其中一個抽成真空，另一個充以一個大氣壓的空氣，在向真空玻璃管中逐