大学物理经典系列之薄膜干涉课件.ppt

1、相干光的产生相干光的产生波阵面分割法波阵面分割法*光源光源1s2s振幅分割法振幅分割法非平行膜等厚干涉SMDTL劈尖角劈尖角一一 劈劈 尖尖劈尖干涉平行平面膜反射反射条件123nnn123nnn当当123nnn123nnn或或22/2/2n e棱处（棱处（e=0e=0）为暗）为暗当当123nnn123nnn或或20ne棱处（棱处（e=0e=0）为明）为明劈尖等厚条纹2en劈尖夹角变化劈尖厚度变化()e劈尖例一3.0mm充油（）后测得2.1mm1.055(rad)1.43例例1 1：在右图所示的劈尖中，测得相邻明纹间隔在右图所示的劈尖中，测得相邻明纹间隔L,L,求右求右 边小球直径边小球直径 d

2、 d。解：解：由由2nn2倾角倾角nD2厚度厚度 d=Dtg2）测膜厚）测膜厚ise1n2n2ios1）干涉膨胀仪）干涉膨胀仪0l12nkel2kl1nn1nLd空气空气 1ne 3）检验光学元件表面的平整度）检验光学元件表面的平整度2bbe 6231b b4）测细丝的直径）测细丝的直径2Ldnll透射附加光程差123nnn 牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样显微镜显微镜SLRrd M半透半透半反镜半反镜T二二 牛顿环牛顿环牛顿环暗 4）应用例子）应用例子:可以用来测可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等量，曲率半径等.1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？

3、）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于）将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？的液体中，条纹如何变？1n),2,1,0(k暗环半径暗环半径明环半径明环半径),3,2,1(kRkr)21(kRr 讨讨论论讨论讨论暗环半径暗环半径11kkrrrkk 1、相邻暗环间距、相邻暗环间距级次级次k增大时增大时,减小减小r干涉条纹是一组以接触点为圆心的不等间距明暗相间干涉条纹是一组以接触点为圆心的不等间距明暗相间的同心圆环的同心圆环,且内疏

4、外密且内疏外密2、膜为折射率为、膜为折射率为 n的介质：的介质：2(21)/22knek),2,1,0k(nRkr 暗),2,1(2)12(knRkr明RrkRrk2Rmkrmk)(2mrrRkmk22r222nek对定对定r r,k,k增大增大.因此因此,条纹收缩条纹收缩ee+dek kk k2dkn 若若白光入射白光入射，便可得到，便可得到彩色条纹彩色条纹，在高级次出现重迭，在高级次出现重迭例例2 2：在牛顿环装置的平凸透镜和平：在牛顿环装置的平凸透镜和平板玻璃间充以某种透明液体，观测到板玻璃间充以某种透明液体，观测到第第1010个明环的直径由充液前的个明环的直径由充液前的14.8cm14

5、.8cm变成充液后的变成充液后的12.7cm12.7cm，求这种液体的，求这种液体的折射率折射率n n。折射率为折射率为n暗环：暗环：明环：明环：),2,1,0k(nRkr 暗),2,1(2)12(knRkr明一般公式：一般公式：（膜的折射率为（膜的折射率为n）解解1 1：由牛顿环半径公式由牛顿环半径公式k k、R R、一定，一定，2/)12(1Rkr36.1)7.128.14()()(2221221DDrrnnRkr2/)12(2解解2 2：即即 由由 （空气）（空气）（液体）（液体）可得可得 Re2Re2)(2222eeRRrR2re2k2e21k2ne2236.12121222121DD

6、rreen如果膜的折射率如果膜的折射率大于玻璃大于玻璃(这种这种情况不大可能情况不大可能)，结果有变化吗？结果有变化吗？1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹度相等的点的轨迹2en e2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距条纹不等间距,n3）条纹的动态变化分析（）条纹的动态变化分析（变化时）变化时）2n3n321nnn1nnn4）半波损失需具体问题具体分析）半波损失需具体问题具体分析平行平面膜反射反射条件123nnn123nnn透射附加光程差123nnn2ne反22ne透22ne反2

7、 ne透n1n2n1 2123nnn123nnn123nnn123nnn k 2/)12(k增透膜与增反膜的由来增透膜与增反膜的由来 由于光从空气入射到玻璃片上大约有由于光从空气入射到玻璃片上大约有4%的光强被反射，而普通光学仪器常常的光强被反射，而普通光学仪器常常包含有多个镜片，其包含有多个镜片，其反射损失经常要达到反射损失经常要达到20%50%左右，使进入仪器的透射光强左右，使进入仪器的透射光强度大为减弱，同时杂散的反射光还会影响度大为减弱，同时杂散的反射光还会影响观测的清晰度。如果在观测的清晰度。如果在透镜表面镀上一层透镜表面镀上一层透明薄膜透明薄膜就可以达到就可以达到减小反射、增强透射

8、减小反射、增强透射（增强反射、减少透射）（增强反射、减少透射）的目的。这种透的目的。这种透明薄膜称为明薄膜称为增透膜（增反膜）增透膜（增反膜）。当光线垂直入射时当光线垂直入射时 0i1n3n2n22(0,)2n e反2/)1k2(反 k 反反增透膜增透膜:两反射光两反射光相消干涉相消干涉,反射光最弱反射光最弱.增反膜增反膜:两反射光两反射光相长干涉相长干涉，反射光最强，反射光最强.注意：注意：增透、增反只能增透、增反某特定波长增透、增反只能增透、增反某特定波长的光，对于可见光范围的光学仪器常选定对的光，对于可见光范围的光学仪器常选定对人眼最敏感的黄绿光人眼最敏感的黄绿光550nm.550nm.

9、例如照相机的例如照相机的镜头呈现出蓝紫色反光就是因为镜头上镀有镜头呈现出蓝紫色反光就是因为镜头上镀有氟化镁使反射光中消除了黄绿光的缘故。氟化镁使反射光中消除了黄绿光的缘故。22(0,)2n e反 k 反反2/)1k2(反增反膜增反膜增透膜增透膜例例1：在玻璃镜片上镀氟化镁（在玻璃镜片上镀氟化镁（n=1.38），要使波长为），要使波长为550nm的光反射最少，求镀膜的最小厚度的光反射最少，求镀膜的最小厚度d。解：解：玻璃折射率玻璃折射率n1.38,n1.38,反射光最少反射光最少 相消干涉相消干涉nm6.9938.14550n4dnd2反38.1n n2)12(k k k =0 0 时对应最小厚

10、度时对应最小厚度 :平行膜例一算例续上分振幅干涉等倾干涉条纹中心高级次中心高级次外面低级次外面低级次迈克耳孙干涉仪等倾和等厚光路吐级吞级移级1G2Gd2M2M1M干涉干涉条纹条纹移动移动数目数目迈克尔孙干涉仪的主要特性迈克尔孙干涉仪的主要特性移移动动距距离离1Md2kd移动反射镜移动反射镜1G2Gd2M1M2Mtnd)1(22插入介质片后光程差插入介质片后光程差光程差变化光程差变化tn)1(2ktn)1(2干涉条纹移动数目干涉条纹移动数目21nkt介质片厚度介质片厚度tn光程差光程差d2 两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.多个相干点源干涉相邻两光线的光程差相应的相位差N 个初相相同的相干点光源附图一012-2-1N=2N=3N=4N=10N 很大很大N 增大，主极大条纹变亮变窄，次极大数目变多而相对强度变小。附图二N个相干线光源干涉条纹示意图N=2N=3N=4N=10N 很大很大