高分作文的三大诀窍

1、薄膜干涉薄膜干涉等厚条纹等厚条纹1、等厚干涉条纹2. 劈尖膜 平行光接近平行光接近垂直入射垂直入射，在上在上、下表面反射的光相干迭加，、下表面反射的光相干迭加，在表面处看到干涉条纹。在表面处看到干涉条纹。设薄膜的折射率为设薄膜的折射率为n2，暗条纹暗条纹明条纹明条纹)2(+en2=2k=2)1+k2(=Lekek+1明纹明纹暗纹暗纹e Lekek+1明纹明纹暗纹暗纹e 星战风暴 http:/3.干涉条纹分布的特点：干涉条纹分布的特点：(2). 干涉条纹是平行于棱边的干涉条纹是平行于棱边的直条纹直条纹(3). 相邻明（暗）纹间距相邻明（暗）纹间距L L：2k1kn2eesinL 22n2sinn

2、2L（适于平行光垂直入射）（适于平行光垂直入射）只有在只有在 很小的劈尖上，才能看到很小的劈尖上，才能看到干涉条纹干涉条纹 (1). 当有半波损失时，在劈棱当有半波损失时，在劈棱 处处 为暗为暗纹，纹， 否则为一亮纹；否则为一亮纹；0e Lekek+1明纹明纹暗纹暗纹e 劈棱劈棱Lekek+1明纹明纹暗纹暗纹e Lekek+1明纹明纹暗纹暗纹e 劈棱劈棱(4)(4) 当某种原因引起膜的等厚线发生变化时，将当某种原因引起膜的等厚线发生变化时，将引起条纹作相应地移动。引起条纹作相应地移动。 利用薄膜干涉的原理，可利用薄膜干涉的原理，可测量测量单色光单色光的的波长波长、测出测出微小的角度微小的角度，

3、在工程技术中，在工程技术中常来测定常来测定细丝的直径、薄片的厚度细丝的直径、薄片的厚度等等。等等。B.B.膜厚减薄膜厚减薄等厚线等厚线条纹条纹向远离劈棱向远离劈棱方向平移方向平移B.B.膜厚减薄膜厚减薄等厚线等厚线等厚线等厚线条纹条纹向远离劈棱向远离劈棱方向平移方向平移A.A.膜厚增加膜厚增加等厚线等厚线条纹条纹向劈棱方向向劈棱方向平移平移A.A.膜厚增加膜厚增加等厚线等厚线等厚线等厚线条纹条纹向劈棱方向向劈棱方向平移平移增透膜薄膜干涉应用 2一、为什么在光学镜头上涂一层透明薄膜来增加透射度呢? 现代光学装置，如摄影机、电影放映机的镜头、潜水艇的潜望镜等，都是由 许多光学元件棗透镜、棱镜等组成

4、的进入这些装置的光，在每一个镜面上都有一部分光 被反射，因此只有1020的入射光通过装置，所成的像既暗又不清晰计算表明，如果一个装置中包含有六个透镜，那么将有50的光被反射若在镜面上涂上一层透明薄膜，即增透膜，就大大减少了光的反射损失，增强光的透射强度，从而提高成像质量 增透膜增透膜1.1.增透膜增透膜 在透镜表面镀一层薄膜，利用干涉原理，使在透镜表面镀一层薄膜，利用干涉原理，使反射光产生相消干涉，从而增加光的透射。反射光产生相消干涉，从而增加光的透射。对单层增透膜（通常镀对单层增透膜（通常镀 MgFMgF2 2，n n2 2=1.38=1.38），），反射相干光满足：反射相干光满足：22(2

5、1)2(1,2,3 )eknk2(21)4ken膜n1=1.0n2=1.38n3=1.50膜n1=1.0n2=1.38n3=1.50min24en2. 增反膜增反膜 增反膜是利用在薄膜上、下表面反射光相长增反膜是利用在薄膜上、下表面反射光相长干涉的原理，使反射光得到增强。干涉的原理，使反射光得到增强。 通常是在光学玻璃表面镀上一层折射率通常是在光学玻璃表面镀上一层折射率n2 n3 的的介质薄膜，介质薄膜，)2 , 1k(k2en22 2minn4=e工艺上通常采用工艺上通常采用多层膜。 对于一般的对于一般的照相机照相机和目视光学仪器，通常选黄绿和目视光学仪器，通常选黄绿光光 作为作为“控制波长

6、控制波长”，使膜的光学厚度等于，使膜的光学厚度等于此波长的此波长的 1/41/4，在白光照射下的反射光呈现兰紫色。在白光照射下的反射光呈现兰紫色。550nm二、为什么要求增透膜的厚度是入射光在薄膜介质中波长的 四分之一呢?当光射到两种透明介质的界面时，若光从光密介质射向光疏介质，光有可能发生全反射；当光从光疏介质射向光密介质，反射光有半波损失对于玻璃镜头上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气折射率之间，当光由空气射向镜头时，使得膜两面的反射光均有半波损失，从而使膜的厚度仅仅只满足两反射光的光程差为半个波长膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程，即为膜的厚度的两倍所以，膜厚应为光在薄

7、膜介质中波长的1/4，从而使两反射光相互抵消由此可知，增透膜的厚度d/4n（其中n为膜的折射率，为光在空气中的波长 ） 三、为什么增透膜要用折射率为三、为什么增透膜要用折射率为1.38的氟化镁作材料镀制呢的氟化镁作材料镀制呢?单层增透膜的理论依据表明：当膜的折射率n膜满足：nnn膜空玻（其中n空、n玻分别为空气和玻璃的折射率）时, 反射光的强度为零，光的透射率为100 对于一般折射率在1.5左右的光学玻璃，为了用单层膜达到100的增透效果 其膜的折射率必须满足其膜的折射率必须满足11.51.22nnn膜空玻折射率如此低的镀膜材料很难找到所以，现在一般都用折射率为1.38的氟化镁(MgF2)镀制

8、单层增透膜不过对于折射率较高的光学玻璃，单层氟化镁膜能达到很好的增透效果 四、为什么涂有增透膜的光学镜头呈淡紫色呢?对于增透效果很好的氟化镁膜，仍有约对于增透效果很好的氟化镁膜，仍有约1.3%的光能量的光能量被反射，再加之对于其它波长的光，给定膜层的厚度被反射，再加之对于其它波长的光，给定膜层的厚度不是这些光在薄膜中的波长的不是这些光在薄膜中的波长的1/4倍，增透效果较差倍，增透效果较差些在通常情况下，入射光为白光，增透膜只能使一些在通常情况下，入射光为白光，增透膜只能使一定波长的光反射时相互抵消，不可能使白光中所有波定波长的光反射时相互抵消，不可能使白光中所有波长的光都相互抵消在选择增透膜时

9、，一般是使对人长的光都相互抵消在选择增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿色光在垂直入眼灵敏的绿色光在垂直入 射时相互抵消，这时光谱边射时相互抵消，这时光谱边缘部分的红光和紫光并没有完全抵消，因此，涂有增缘部分的红光和紫光并没有完全抵消，因此，涂有增透膜的光学镜面呈淡紫色透膜的光学镜面呈淡紫色 产生条件：产生条件：21nn当光从折射率小的光疏介质，正入当光从折射率小的光疏介质，正入射或掠入射于折射率大的光密介质射或掠入射于折射率大的光密介质时，则反射光有半波损失。时，则反射光有半波损失。21nn当光从折射率大的光密介质，当光从折射率大的光密介质，正入射于折射率小的光疏介质正入射于折射率小的光疏介质时

10、，反射光没有半波损失。时，反射光没有半波损失。折射光都无半波损失。折射光都无半波损失。1n2nir半波损失：半波损失：光从光疏介质进入光密介质，光反射后有光从光疏介质进入光密介质，光反射后有了量值为了量值为 的位相突变，即在反射过程中损失了半个的位相突变，即在反射过程中损失了半个波长的现象。波长的现象。 光的等厚干涉现象牛顿环牛顿环牛顿环将一曲率半径相将一曲率半径相当大的平凸玻璃透镜放当大的平凸玻璃透镜放在一平面玻璃的上面，在一平面玻璃的上面，则在两者之间形成一个则在两者之间形成一个厚度随直径变化的空气厚度随直径变化的空气隙。隙。空气隙的等厚干空气隙的等厚干涉条纹是一组明暗相间涉条纹是一组明暗

11、相间的同心环。该干涉条纹的同心环。该干涉条纹最早被牛顿发现，所以最早被牛顿发现，所以称为牛顿环（称为牛顿环（Newton -Newton -ringring）牛顿环牛顿环白光入射的牛顿环照片白光入射的牛顿环照片3 3 小结：小结： （1 1）牛顿环中心是暗点。愈往边缘，条纹级别愈高。）牛顿环中心是暗点。愈往边缘，条纹级别愈高。（2）复色光入射，彩色圆环）复色光入射，彩色圆环（3）透射光）透射光与之互补与之互补（4）动态反应：连续增加）动态反应：连续增加 薄膜的厚度薄膜的厚度, 视场中条纹视场中条纹缩入缩入, 反之，冒出。反之，冒出。0 1 2 345.愈往边缘，条纹愈密。愈往边缘，条纹愈密。干

12、涉条纹的特点：(1).(1).干涉图样是以接触点为干涉图样是以接触点为圆圆心心的一组明、暗相间的同心的一组明、暗相间的同心圆圆环，环，有半波损失时，中间为一暗斑。(2).(2).从中心向外，条纹级数越来从中心向外，条纹级数越来越高，条纹的间隔越来越密。越高，条纹的间隔越来越密。(3).(3).用白光照射将形成用白光照射将形成彩色光谱，对每一级光谱，红色的在外圈，紫对每一级光谱，红色的在外圈，紫色的在内圈。色的在内圈。(4).(4).增大透镜与平板玻璃间的距离，膜的等厚线向增大透镜与平板玻璃间的距离，膜的等厚线向中心收缩，则干涉圆环也向中心收缩（内陷），膜中心收缩，则干涉圆环也向中心收缩（内陷）

13、，膜厚每改变厚每改变 ，条纹就向外冒出（扩张）或向中，条纹就向外冒出（扩张）或向中心内陷一条。心内陷一条。2/2n二二. .用牛顿环测透镜的曲率半径用牛顿环测透镜的曲率半径R R 牛顿环仪是由一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一个牛顿环仪是由一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一个平面玻璃接触在一起构成，平凸透镜的凸面与玻璃片之间的空平面玻璃接触在一起构成，平凸透镜的凸面与玻璃片之间的空气层厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。气层厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。CORekrk牛顿环仪牛顿环仪 当用平行单色光垂直照射到牛顿环仪上时，一部分光线在当用平行单色光垂直照射到牛顿环仪上时，一部分光线在空气层的

14、下表面反射，一部分光线在空气层的上表面反射，空气层的下表面反射，一部分光线在空气层的上表面反射，这两部分光有光程差，它们在平凸透镜的凸面附近相遇而发这两部分光有光程差，它们在平凸透镜的凸面附近相遇而发生干涉。当我们用显微镜来观察时，便可清楚地看到中心是生干涉。当我们用显微镜来观察时，便可清楚地看到中心是一暗圆斑，而周围是许多明暗相间、间隔逐渐减小的同心环，一暗圆斑，而周围是许多明暗相间、间隔逐渐减小的同心环，称为牛顿环。它属于等厚干涉条纹。称为牛顿环。它属于等厚干涉条纹。k k级干涉圆环对应的两束相干光的光程差为：级干涉圆环对应的两束相干光的光程差为：由干涉条件可知：由干涉条件可知： 22ke

15、暗条纹亮条纹, 2 , 1 , 02) 12(22, 3 , 2 , 122kkekkekkABerRCOR R为透镜的曲率半径，为透镜的曲率半径，r rk k为第为第k k级干涉环的半径，由几何关系可得级干涉环的半径，由几何关系可得 ：所以所以，由于由于 ，可忽略，可忽略，因此得到：因此得到：222)(kkreRR222kkkeRerkeR 2keRrekk22（此式说明：（此式说明： 与与 成正比，即离开中心愈成正比，即离开中心愈远，光程差增加愈快，因此，干涉环愈密。）远，光程差增加愈快，因此，干涉环愈密。） ke2kr整理后得：整理后得：上式上式若已知若已知 ，测出第，测出第k级暗条纹的

16、半径级暗条纹的半径r rk k ，便可算出透镜的曲率半径，便可算出透镜的曲率半径R。 krRk2在实验中不能直接用在实验中不能直接用 公式，原因有二：公式，原因有二：实际观察牛顿环时发现，牛顿环的中心不是一个实际观察牛顿环时发现，牛顿环的中心不是一个点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜与平板玻璃接触时，由于接触压力引起形变，透镜与平板玻璃接触时，由于接触压力引起形变，使接触处为一圆面，而圆面的中心很难定准，因此使接触处为一圆面，而圆面的中心很难定准，因此rk不易测准；不易测准；镜面上可能有灰尘等存在而引起一个附加厚度，镜面上可能有灰尘等存

17、在而引起一个附加厚度，从而形成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定从而形成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定准。准。krRk2 为了克服这些困难，为了克服这些困难， 对对 进行处理，进行处理，首先取暗环首先取暗环直径直径D Dk k 来替代半径来替代半径r rk k ， ,则可写成：则可写成： 或或再采用逐差法，以消除附加光程差带来的误差，若再采用逐差法，以消除附加光程差带来的误差，若m与与n级暗级暗环直径分别环直径分别Dm与与Dn，则：则：两式相减得：两式相减得：上式只出现相对级数（上式只出现相对级数（m-n），无需知道待测暗环的绝对级），无需知道待测暗环的绝对级数，而且由于分子是数，而且

18、由于分子是 ，通过几何分析可知，即使，通过几何分析可知，即使牛顿环中心无法定准，也不会影响牛顿环中心无法定准，也不会影响R的准确度。的准确度。 krRk2kkrD224kDkRkDRk42mRDm42nRDn42)(422nmDDRnm22nmDD 实实 验验 内内 容容用牛顿环测定透镜的曲率半径用牛顿环测定透镜的曲率半径1.熟悉读数显微镜的使用方法熟悉读数显微镜的使用方法 目镜目镜调焦手轮调焦手轮测微鼓轮测微鼓轮锁紧手轮锁紧手轮标尺标尺450可调式半反镜可调式半反镜2 .2 .调整测量装置。调整测量装置。 1 1）. .调整半反镜，使读数显微镜的目镜中看到均匀明调整半反镜，使读数显微镜的目镜

19、中看到均匀明亮的光场。亮的光场。2 2）. . 调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰、无视调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰、无视差。调节读数显微镜的物镜调节螺钉，置镜筒于最低差。调节读数显微镜的物镜调节螺钉，置镜筒于最低位置，然后，边观察边升高物镜，直至在目镜中观察位置，然后，边观察边升高物镜，直至在目镜中观察到清晰的牛顿环。到清晰的牛顿环。3 .3 .测量牛顿环的直径使干涉圆环中心在视场中央，仔测量牛顿环的直径使干涉圆环中心在视场中央，仔细观察干涉条纹的特点。细观察干涉条纹的特点。4 .4 .读数显微镜的读数方法读数显微镜的读数方法 主尺的分度值为主尺的分度值为1mm1mm，测微鼓轮共有

20、，测微鼓轮共有100100个刻度，其份度值为个刻度，其份度值为0.01mm0.01mm，可估读到，可估读到0.001mm0.001mm。 主尺主尺测微鼓轮测微鼓轮15mm0.506mm最后读数为：最后读数为：15.506mm注注 意意 事事 项项1.在测量时，读数显微镜的测微鼓轮应沿一个方向转动，中途在测量时，读数显微镜的测微鼓轮应沿一个方向转动，中途不可倒转。不可倒转。2.2.环数不可数错，在数的过程中发现环数有变化时，必须重测。环数不可数错，在数的过程中发现环数有变化时，必须重测。3.3.测量中，应保持桌面稳定，不受振动，不得触动牛顿环装置，测量中，应保持桌面稳定，不受振动，不得触动牛顿环

21、装置，否则重测。否则重测。等厚干涉：等厚干涉：当光线垂直入射于薄膜的表面时，干涉的当光线垂直入射于薄膜的表面时，干涉的公式简化为：公式简化为：222(21)2kn dkk=1,2,3 干涉加强干涉加强k=1,2,3干涉减弱干涉减弱例例1、空气中的肥皂泡厚度空气中的肥皂泡厚度320nm,介质的折射率介质的折射率n=1.33。从正上方看哪个波长的光可以呈现出极大？从正上方看哪个波长的光可以呈现出极大？解：由解：由2nd+/2=k2/132033. 122/12kkndK=1=1702.4nmK=2=567.5nmK=3=340.5nm=567.5nm是可见光，黄绿色。其余不是可见光。是可见光，黄绿

22、色。其余不是可见光。 例如：例如：较高级的照相机的镜头由较高级的照相机的镜头由 6 6 个透镜组成，如不个透镜组成，如不采取有效措施，反射造成的光能损失可达采取有效措施，反射造成的光能损失可达 45%90%45%90%。为增强透光，要镀增透膜，或减反膜。复杂的光学镜头为增强透光，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采用增透膜可使光通量增加 10 10 倍。倍。而激光器两端装有反射镜。就镀有增反而激光器两端装有反射镜。就镀有增反( (射射) )膜。膜。在薄膜干涉中，光线一部分被反射，另一部分则透射在薄膜干涉中，光线一部分被反射，另一部分则透射进入介质。干涉极大时，光线大部

23、分被反射。干涉极进入介质。干涉极大时，光线大部分被反射。干涉极小时，光线大部分被透射。通过控制薄膜的厚度，可小时，光线大部分被透射。通过控制薄膜的厚度，可以选择使以选择使透射透射或或反射反射处于极大，处于极大，增强表面上的增强表面上的反射反射或或者者透射透射， 以改善光学器件的性能。称为增透膜，增反以改善光学器件的性能。称为增透膜，增反膜。在生产中有广泛的应用。膜。在生产中有广泛的应用。1.增透膜增透膜光学镜头为减少反射光，光学镜头为减少反射光，通常要镀增透膜。通常要镀增透膜。增透膜是增透膜是使膜上下两表面使膜上下两表面的反射光满足减弱条件。的反射光满足减弱条件。2) 12(k )2 , 1(

24、k减弱减弱2cos22rdn例：例：为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头（n3= =1.52）上镀一层）上镀一层 MgF2 薄膜（薄膜（n2=1.38），使对人），使对人眼和感光底片最敏感的黄绿光眼和感光底片最敏感的黄绿光 = 555 nm 反射最小，反射最小，假设光垂直照射镜头，求：假设光垂直照射镜头，求：MgF2 薄膜的最小厚度。薄膜的最小厚度。解：解：2) 12(k )2 , 1(k减弱减弱dn22321nnn24) 12(nkdk=1,k=1,膜最薄膜最薄24ndm101738.14105559通常通常 k 取取 2，243nd38.14105553

25、9m1037在该厚度下蓝紫光反射加强，所以我们看到镜头表面在该厚度下蓝紫光反射加强，所以我们看到镜头表面为蓝紫色。为蓝紫色。2.增反膜增反膜减少透光量，增加反射光，减少透光量，增加反射光，使膜上下两表面的反射光满使膜上下两表面的反射光满足加强条件足加强条件。例如：例如：激光器谐振腔反射镜采用优质增反膜介质薄膜激光器谐振腔反射镜采用优质增反膜介质薄膜层已达层已达15 层，其反射率层，其反射率99.9。n等厚干涉：等厚干涉：在同一干涉条纹下薄膜厚度相同。在同一干涉条纹下薄膜厚度相同。 用单色平行光垂用单色平行光垂直照射玻璃劈尖，由直照射玻璃劈尖，由于在同一条纹下的薄于在同一条纹下的薄膜厚度相同，形

26、成干膜厚度相同，形成干涉条纹为平行于劈棱涉条纹为平行于劈棱的一系列等厚干涉条的一系列等厚干涉条纹。纹。很小 n由于单色光在劈尖上下两由于单色光在劈尖上下两个表面反射后形成个表面反射后形成 、 两束两束光。满足相干光的条光。满足相干光的条件。件。2) 12(kk )2 ,1( k )2 , 1 , 0(k加强加强减弱减弱22knd, 很小，1cos r321nnn设光线垂直于底面射入，设光线垂直于底面射入，由薄膜干涉公式由薄膜干涉公式：1. .劈棱处劈棱处dk= =0,光程差为光程差为22knd2劈棱处为暗纹劈棱处为暗纹kd2. .第第 k 级暗纹处劈尖厚度级暗纹处劈尖厚度2) 12(k22kn

27、d由由nkdk2kd1kdl3. .相邻暗纹劈尖厚度差相邻暗纹劈尖厚度差kkddd1nknk22)1(n2d4.4.相邻条纹间距相邻条纹间距sindlsin2n很小， sin这里这里的单位用弧度。的单位用弧度。sindl 2 sinln n2n2n l干涉条纹平行等距出现。干涉条纹平行等距出现。的应用的应用1. .测量微小物体的厚度测量微小物体的厚度dL将微小物体夹在两薄玻璃片将微小物体夹在两薄玻璃片间，形成劈尖，用单色平行间，形成劈尖，用单色平行光照射。光照射。lLDDLl22例：生产晶体管时要测量硅片上的二例：生产晶体管时要测量硅片上的二氧化硅薄膜的厚度，通常将硅片的一氧化硅薄膜的厚度，通

28、常将硅片的一边磨成劈尖，（如左图）。已知边磨成劈尖，（如左图）。已知sio2 2的折射率为的折射率为1.46，用波长为用波长为546.1nm的光垂直照射，观测到劈尖上出现的光垂直照射，观测到劈尖上出现7 7条暗纹。问条暗纹。问sio2 2厚度时多少？（厚度时多少？（si si的折的折射率为射率为3.42。）。）3(2 7 1) /213 546.112001.2 1022 2 1.46dnmmmn 解：本例中无半波损失，由解：本例中无半波损失，由 2nd=(2k-1)/2 (k = 1,2,3,)sisio22.2.检测待测平面的平整度检测待测平面的平整度 由于同一条纹由于同一条纹下的空气薄膜厚度下的空气薄膜厚度相同，当待测平面相同，当待测平面上出现沟槽时条纹上出现沟槽时条纹向左弯曲。向左弯曲。待测平面待测平面光学平板玻璃光学平板玻璃 将一块半径很大的平将一块半径很大的平凸镜与一块平板玻璃叠放凸镜与一块平板玻璃叠放在一起，用单色平行光垂在一起，用单色平行光垂直照射，由平凸镜下表面直照射，由平凸镜下表面和平板玻璃上表面两束反和平板玻璃上表面两束反射光干涉，产生牛顿环干射光干涉，产生牛顿环干涉条纹。涉条纹。oR空气薄膜厚度相同处光程差相同，干涉条纹为一系列空气薄膜厚度相同处光程差相同，干涉条纹为一系列同心圆。同心圆。oR由于