《大学物理144薄膜干涉.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理144薄膜干涉.ppt（41页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、14-4薄膜干涉,本节讨论等倾干涉和等厚干涉，以等厚干涉为主。,一、分振幅干涉装置-薄膜干涉,由薄膜上下表面分别反射的两束反射光为相干光，薄膜干涉就是要讨论这两束反射光的干涉。,经薄膜上下表面分别反射在薄膜的背面形成两束透射光，这两束透射光也是相干光，还可以讨论这两束透射光的干涉。,薄膜干涉花样,1 两束反射光的光程差,光程差由两部部分组成：一部分是由于走过不同的媒质与几何路径而引起，另一部分是由半波损失而引起。,设,折射定律,两束反射光的光程差,由几何关系知,反射光的光程差,2 两束透射光的光程差,由几何关系可以推出两束透射光的光程差,明纹,暗纹,当反射光的光程差满足以下条件时，出现反射光干
2、涉明纹或暗纹,明纹,暗纹,当透射光的光程差满足以下条件时，出现透射光干涉的明纹或暗纹,3 半波损失,半波损失由光疏媒质向光密媒质入射时，表面的反射光所引起。,（1）如两个表面反射都有半波损失,在光程差中不加/2,（2）如两个表面反射都没有半波损失,在光程差中不加/2,（3）如一个表面反射有半波损失,在光程差中加/2,注意：透射光和反射光干涉具有互补性，符合能量守恒定律.,两束相干光的光程差决定于,反射光的光程差,一般情况下薄膜干涉的分析比较复杂，通常只研究3个极端情形,膜的厚度e 入射角i,（1）光垂直入射到均匀厚度的膜上,入射角i=0,反射光的光程差,4.几种特殊情况,加强,减弱,满足加强条
3、件则反射光干涉加强,满足减弱条件则反射光干涉减弱,膜表面亮度均匀，不出现明暗相间的条纹。,例1 一油轮漏出的油(折射率=1.2)污染了某海域,在海水(=1.3)表面形成一层薄薄的油污.,(1)如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色?,解(1),绿色,(2)如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色?,(2)透射光的光程差,红光,紫光,当 时，透射光干涉极大,例2 增透膜,一些光学元件需要减少反射，增加透射，通常在玻璃的表面镀一层折射率比较小的氟化镁，使反射光干涉相消。,反射光的光程差,为使波长的单色光完全透过
4、薄膜，则要求反射光干涉相消,膜的最小厚度为,照相机镜头表面镀有增透膜,例如 在玻璃表面镀上一层MgF2薄膜，使波长为=550 nm的绿光全部通过。求：膜的厚度。,解：使反射绿光干涉相消，由反射光干涉相消条件,取k=0,=99.6(nm),在玻璃上交替镀上多层介质膜，增强反射光，称为高反射膜。,例3 高反膜,激光谐振腔中的反射镜要求对波长632.8nm的单色光有99%以上的,反射率。在玻璃表面交替镀上ZnS和MgF2,（2）只有入射角i变化的情况等倾干涉,当薄膜的厚度均匀时，光程差只取决于入射光的角度，相同倾角的光线光程差相同。,薄 膜,反 射 板,透 镜,屏 幕,等倾干涉条纹,我们只研究等厚干
5、涉条纹,在本节讨论两个重要的等厚干涉：劈尖的干涉和牛顿环。,当入射角固定时，对于波长一定的入射光，光程差只取决于薄膜的厚度，相同厚度的地方对应相同的光程差，出现同一级条纹。,（3）只有厚度e变化的情况等厚干涉,两块玻璃之间形成一劈尖型的空气膜，简称劈尖。两个表面的夹角 很小。,1 劈尖,二、等厚干涉,入射光垂直入射于膜表面，在膜表面附近出现明暗相间的条纹。,实验装置,白光入射,单色光入射,肥皂膜的等厚干涉条纹,明纹,在入射点膜厚为e，该点的两束反射光引起的光程差,1）光程差,在膜表面附近形成明、暗相间的条纹。,2）条纹位置,由,得,在厚度e为/4n2、3/4n2、5/4n2 处出现亮纹。,暗纹
6、,同一条纹对应的膜厚e相同等厚条纹。是在厚度不等的膜上形成的。,在厚度e为 0、/2n2、/n2处出现暗纹。,思考：(1)对明纹、暗纹k取值范围相同吗？(2)明暗条纹中的 号还在吗?,由,得,(1)形状：平行于棱边明暗相间均匀分布的直条纹。,3）条纹特点,(2)在棱边处e=0，由于半波损失而形成暗纹,4）相邻条纹的厚度差,由明、暗条纹对应的厚度,明条纹,暗条纹,得相邻明条纹（暗条纹）对应的厚度差,5)条纹间距l,为了条纹分得更开,当波长一定时，可以减小角。,6）干涉条纹的移动,7)劈尖干涉的应用,用于精密测量(以波长为尺子),干涉膨胀仪,检验光学元件表面的平整度,表面规则,表面不规则,测细丝的
7、直径(或微小厚度）,用波长 的单色光垂直入射时,测得干涉条纹的宽度,求这玻璃的折射率.,例4 有一玻璃劈尖,放在空气中,劈尖夹角,解,解:原相邻明纹间距,改变后的条纹间距,改变后的劈尖角,劈尖角的改变量,例6 用波长500nm的光垂直照射由两块平玻璃板构成的空气劈尖上。从棱边算起第四条暗纹的中心A点，距劈尖棱边的距离为1.56cm求（1）此劈尖的劈尖角,解:A点为第三级暗纹中心，空气膜的厚度满足,（2）若改用600nm的单色光垂直照射到此劈尖上再观察A点，出现明纹还是暗纹？,解:此时A点的光程差,因 A点应为第三级明纹的中心,因棱边为0级暗纹，从棱边到A点，共出现3条暗纹，3条明纹。,2.牛顿环,牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成，中间形成空气薄膜。,单色光入射的牛顿环,白光入射的牛顿环照片,暗纹,1)光程差,2)条纹特点,中心处e=0，对应k=0级的暗斑，以0级暗斑为中心，形成同心圆环。,3)条纹半径,暗纹,代入以下公式,得到明环半径和暗环半径,测量透镜的曲率半径,4)牛顿环的应用,测量入射光波长,检验透镜球表面质量,例6 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛顿环实验，测得第个 k 暗环的半径为5.63mm,第k+5 暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R.,解,
