大学物理144薄膜干涉 41页

§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。\n薄膜干涉花样\nDE5B21两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。LPC34A1\nP设折射定律两束反射光的光程差由几何关系知DE5B2C34A1\n反射光的光程差2两束透射光的光程差PLDC34E5A1B2F由几何关系可以推出两束透射光的光程差\n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\n3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λ/2（2）如两个表面反射都没有半波损失在光程差中不加λ/2（3）如一个表面反射有半波损失在光程差中加λ/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.\n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\n加强减弱满足加强条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?\n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?油膜海水\n(2)透射光的光程差红光紫光紫红色当时，透射光干涉极大\n玻璃MgF2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λ的单色光完全透过薄膜，则要求反射光干涉相消膜的最小厚度为\n照相机镜头表面镀有增透膜\n例如在玻璃表面镀上一层MgF2薄膜，使波长为λ=550nm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=0MgF2玻璃n2=1.38n1=1.50n0=1=99.6(nm)\nZnSMgF2ZnSMgF2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。\n薄膜反射板透镜屏幕\n等倾干涉条纹\n我们只研究等厚干涉条纹,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\n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SM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\n白光入射单色光入射肥皂膜的等厚干涉条纹\n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。\n暗纹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\n(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\n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。\n6）干涉条纹的移动\n7)劈尖干涉的应用用于精密测量(以波长为尺子)待测样品干涉膨胀仪\n检验光学元件表面的平整度\n表面规则表面不规则\n测细丝的直径(或微小厚度）\n,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\n例5用波长为λ＝600nm的光垂直照射由两块平玻璃板构成的空气劈尖膜，劈尖角θ＝2×10-4rad，改变劈尖的倾角，测得相邻明条纹间距缩小了1.00mm，求劈尖角的改变量解:原相邻明纹间距改变后的条纹间距\n改变后的劈尖角劈尖角的改变量\n例6用波长λ＝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\n（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。\n2.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。显微镜SLre\n单色光入射的牛顿环\n白光入射的牛顿环照片\n暗纹1)光程差明纹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。Rre3)条纹半径\n暗纹明纹代入以下公式暗环半径明环半径得到明环半径和暗环半径\n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工件标准件\n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