大学物理薄膜干涉课件.ppt

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主讲教师：

刘秀英预习：

10.4作业：

P131，10-7，10-13，10-14,10-3分振幅干涉,引言：

地面彩色油膜,肥皂泡上的彩色条纹,L,10.3.1薄膜干涉,几何路径引起的光程差,光线23光程差:

利用几何关系：

加强,减弱,考虑半波损失：

利用干涉条件：

根据折射定律：

或：

透射光的光程差,透射光和反射光的光程差相差了半个波长,F,反射加强,透射减弱,反射减弱,透射加强,注意：

透射光和反射光干涉具有互补性，符合能量守恒定律.,以后无论是讨论反射光干涉，还是研究透射光干涉，只要研究反射光的光程差即可。

计算反射光光程差的步骤：

找出两相干光线的光路，写出到相遇点的几何光程差；,若两光线相遇前均有（或无）半波损失，则光程差为：

若其中仅有一条光线有半波损失，则光程差,当时,若n1n2n3,或n1n2n3,无附加光程差/2,或n1n2n3,若n1n2n3,有附加光程差/2,在光学器件中，由于表面上的反射与透射，在器件表面要镀膜，来改变反射与透射光的比例。

可有增透膜，增反膜。

利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。

1.增透膜,n,1nn玻,i=0,n玻,光学镜头为减少反射光，通常要镀增透膜。

作用：

增透、减反！

例如：

较高级的照相机的镜头由6个透镜组成，如不采取有效措施，反射造成的光能损失可达45%90%。

为增强透光，要镀增透膜，或减反膜。

复杂的光学镜头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满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。

2.增反膜,光学镜头为减少透光量，增加反射光，通常要镀增反膜。

例10-4为增强照相机镜头的透射光，往往在照相机玻璃镜头的表面涂有一层透明的氟化镁（MgF2）薄膜，使对某种照相底片最敏感的波长为550nm的黄绿光透射增强.试问此薄膜的最小厚度应为多少？

已知玻璃的折射率为1.50，氟化镁的折射率为1.38.,解：

因为，所以反射光经历两次半波损失。

取k0，有,1增透膜,解：

2增反膜,例：

氦氖激光器中的谐振腔反射镜，要求对=632.8nm的单色光的反射率在99%以上。

为此，在反射镜玻璃表面交替镀上高折射率材料ZnS（n1=2.35）和低折射率材料MgF（n2=1.38）的多层薄膜制成，共十三层。

求每层薄膜的实际厚度（按最小厚度计算）。

对第一层（ZnS），,取k=1,对第二层（MgF），,取k=1,n2,例有一层折射率为1.33的薄油膜，当我们观察方向与膜的法线方向成30角时，可看到油膜反射的光呈波长为500nm的绿色光，问油膜的最小厚度为多少？

（2）如果从法线方向上看，反射光的颜色为何？

30,解：

（1）,将i=30,k=1,n2=1.33、n1=1代入,dmin=101.4nm,

（2）从法向看，,i=0,n2,k=1时，1=539.4nm,绿色光,k=2时，2=179.8nm,紫外线，看不见。

只见1=539.4nm的绿色光。

？

背面什么颜色？

透射加强反射减弱！

薄膜干涉的分类：

薄膜同一厚度处对应同一级次干涉条纹；薄膜不同厚度处对应于不同级次干涉条纹；条纹形状与薄膜等厚线相同,1）入射角i一定（平行光入射），随薄膜厚度d变化,等厚干涉,2）若薄膜厚度均匀（d一定），随入射角i变化,同一入射角i对应于同一级干涉条纹；不同入射角对应不同级次的条纹，干涉条纹为一组同心圆环,等倾干涉,10.3.2薄膜的等厚干涉,明纹,暗纹,一劈尖干涉,104rad。

与棱边平行的明暗相间的条纹,1）棱边,暗纹.,光程差只与薄膜的厚度有关，介质表面上的同一条等厚线上，对应同一级次的干涉条纹，称为等厚干涉,介质中波长的一半,3）相邻明纹（暗纹）间的厚度差,劈尖干涉,4）相邻明纹（或暗纹）间条纹间距,（明纹）,（暗纹）,2）第k级条纹处劈尖厚度,（明纹）,（暗纹）,每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动.,5）干涉条纹的移动,定性结论：

膜变厚，条纹向膜较薄处移动；,膜变薄，条纹向膜较厚处移动。

劈尖干涉的应用,3）检验光学元件表面的平整度,4）测细丝的直径,12345,12345,例：

用波长=500nm的单色光垂直照射在由两块玻璃板构成的空气劈尖上。

劈尖角=2104rad。

如果劈尖内充满折射率为n=1.4的液体，求从劈棱数起第五个明条纹在充入液体前后移动的距离。

解：

明纹,空气劈尖,液体劈尖,条纹移动的距离,二牛顿环,由一块平板玻璃和一平凸透镜组成,牛顿环实验装置,干涉条纹是以接触点为圆心的同心圆环。

条纹随r的增大而变密！

光程差,光程差,3）应用例子:

可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等.,1）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？

2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？

暗环半径,明环半径,10.3.3薄膜的等倾干涉,干涉条纹的级数决定于入射光的入射角的干涉。

实验装置：

薄膜,透镜,扩展光源,“1”,“2”,“3”,“4”,屏,光线1,2,3,4不是相干光！

其产生的干涉圆环进行非相干叠加，提高条纹的亮度！

10.3.3薄膜的等倾干涉,干涉条纹的级数决定于入射光的入射角的干涉。

对于不同倾角i的光入射：

倾角i越小，条纹越在里面,倾角i越小，越大，条纹级数越高，圆环从外向里，条纹级次逐渐增大。

1）当膜厚增加时：

圆形干涉条纹向外扩展,明纹,盯住某条明纹，不变，,条纹向外扩展,e增加，i增大，,讨论：

若膜厚发生变化时，条纹的移动情况：

2）当膜厚减小时：

圆形干涉条纹向里收缩,盯住某条明纹，不变，,条纹向里收缩,e减小，i减小，,单色光源,反射镜,反射镜,10.3.4迈克耳孙干涉仪,一迈克耳孙干涉仪,反射镜,反射镜,单色光源,迈克尔孙干涉仪的主要特性,两相干光束在空间完全分开，并且反射镜可以移动，,移动反射镜,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.,插入介质片后,光程差变化,介质片厚度,介质片折射率,解：

设空气的折射率为n,当光程差改变一个波长时，一条条纹发生移动，当观察到107.2条移过时，光程差的改变量满足：

迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。

精度高。

真空玻璃管充空气前,真空玻璃管充空气后,光程差的改变量,