普通物理11.4薄膜干涉ppt课件

1、11.4 薄膜干涉薄膜干涉11.4.1 平行平面薄膜产生的干涉平行平面薄膜产生的干涉11.4.2 楔形平面薄膜劈尖干涉楔形平面薄膜劈尖干涉11.4.3 牛顿环牛顿环11.4.4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 利用透明薄膜的第一外表和第二外表对入射光的依次反射，得到两束相关光，这种干涉称为薄膜干涉 11.4.1 平行平面薄膜产生的干涉平行平面薄膜产生的干涉4s1ACBDPLabcd235ei 1n2n3n2)(12 adnbcabn光程差公式光程差公式: :2 称为附加光程差称为附加光程差 cosebcab ietgiacadsin2sin 根据折射定律根据折射定律 sinsin21nin 可以

2、得出可以得出2cos22 n用入射角表示用入射角表示2sin222122 inne4s1ACBDPLabcd235ei 1n2n3nP点的干涉情况是点的干涉情况是 ken 2cos22, 3 , 2 , 1 k相长干涉明相长干涉明 2)12(2cos22 ken, 2 , 1 , 0 k相消干涉暗相消干涉暗 扩展光源不仅增大了干涉花样的亮度，而且不影响干涉花样的对比度 光线4和5是透射光，它们也是相关的,其干涉花样与反射光互补 等倾干涉等倾干涉: :波膜厚度一定波膜厚度一定, ,入射角改动入射角改动 QLMPo LQMo 干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环 k

3、en 2cos22, 3 , 2 , 1 k2)12(2cos22 ken, 2 , 1 , 0 k明明暗暗 圆环中心所对应的干涉级最高，能够是亮点，也能够是暗点离圆心越远，干涉级越低当添加膜的厚度时，圆环半径增大，且有圆环不断从中心向外冒出；当减小时，圆环半径减小，且有圆环不断堕入中心 决议明暗条纹中心位置的关系式为：决议明暗条纹中心位置的关系式为：当光线垂直入射时掌握：当光线垂直入射时掌握：下外表的反射光下外表的反射光上外表的反射光上外表的反射光入射光入射光n1n2n3 )2(22 enk2)12( k明纹明纹暗纹暗纹什么情况下光程差需求加上半波损失呢？什么情况下光程差需求加上半波损失呢？

4、下外表的反射光下外表的反射光上外表的反射光上外表的反射光入射光入射光n1n2n3)2(22 en321nnn 321nnn 加加222 en321nnn 321nnn 不加不加en22 反射光相互减弱时约为入射光的反射光相互减弱时约为入射光的1.3%，光，光程差为程差为dn3=1.50n2=1.38n1=1空气空气MgF2玻璃玻璃12平行平面薄膜干涉的运用平行平面薄膜干涉的运用 增透膜增透膜 为减弱反射光，在光学元件外表镀的一为减弱反射光，在光学元件外表镀的一层厚度适当的透明介质膜层厚度适当的透明介质膜照相机镜头照相机镜头 , 2 , 1 , 0212202 kkdn n2d 称为光学厚度称为

5、光学厚度增透膜用于冷光镜增透膜用于冷光镜 对红外光增透，降低光线的热效应，如用在电对红外光增透，降低光线的热效应，如用在电影放映机的光源上。影放映机的光源上。增透膜增透膜红外光红外光可可见见光光反光镜反光镜 例如对波长例如对波长 0 = 550 nm 的绿光，当光学厚的绿光，当光学厚度为度为 n2d = 3 0 /4 = 412 nm时，反射率最小，但时，反射率最小，但此时该薄膜对其它波长的光，反射率普通不是最此时该薄膜对其它波长的光，反射率普通不是最小。小。11.4.2 楔形平面薄膜劈尖干涉楔形平面薄膜劈尖干涉光程差公式近似光程差公式近似2cos22 enbS123PacABCDi 1n2n

6、3n 当入射光是平行光时， 是个常量，光程差 仅由膜厚 决议，这时干涉条纹与薄膜的等厚线平行，这种干涉称为等厚干涉. e0 i实践上常使实践上常使222 enSLMT1G2GOO OO l ke22 n 在厚度在厚度 d 处出现明、暗纹的条件为处出现明、暗纹的条件为 暗暗纹纹明明纹纹, 3 , 2 , 1 , 02)12(, 3 , 2 , 122)2(22kkkkdn 棱边处为暗纹棱边处为暗纹棱边处为明纹棱边处为明纹两反射光间有半波光程差两反射光间有半波光程差两反射光间无半波光程差两反射光间无半波光程差劈尖中流体的折射率和其两侧介质折射率的影响劈尖中流体的折射率和其两侧介质折射率的影响d=0

7、时时: 设设 l 表示两相邻的明纹或暗纹之间间隔，表示两相邻的明纹或暗纹之间间隔，为劈尖夹角，有如下关系式为劈尖夹角，有如下关系式lddkk 1sin ldkdk+1ndk+1- dk两相邻明纹间距两相邻明纹间距两相邻明纹处两相邻明纹处劈尖厚度差劈尖厚度差 )1()2(212 kdnk kdnk )2(22212nddkk ken 222, 3 , 2 , 1 k2)12(222 ken, 2 , 1 , 0 k明纹明纹暗纹暗纹 )2/()22nkek （明明)2/2nkek（）（暗暗 212neeekk 22sinneel OO l ke22 n 两块规范平晶产生的两块规范平晶产生的等厚干涉

8、条纹等厚干涉条纹两块有缺陷平晶产生的两块有缺陷平晶产生的等厚干涉条纹等厚干涉条纹 例2 在半导体元件消费中，为了测定硅 外表 薄膜的厚度，可将氧化后的硅片用很细的金刚砂磨成如下图的楔形并做清洁处置后进展测试,知 和 的折射率分别为 和 ，用波长为 的钠光照射，观测到 楔形膜上出现7条暗纹如下图，图中实线表示暗纹，第7条暗纹在斜坡的起点M.问 薄膜的厚度是多少？ Si2SiOSi2SiO2Sio2SiO46. 1 n42. 3 nnm3 .589解解: 这是一个劈尖干涉问题这是一个劈尖干涉问题故故O O处为明纹处为明纹 条纹间隔数为条纹间隔数为6.5m31. 146. 1210893. 55 .

9、 627nNe7654321MOSi1 nn2SiOne2 11.4.3 牛顿环牛顿环TMLSAOOB 取一曲率半径相当大的平凸透镜A，放在一平板玻璃B上，如下图在玻璃之间便构成了上外表为球面，下外表为平面的空气薄膜. 读数显微镜读数显微镜半反镜半反镜光源光源平凸透镜平凸透镜平板玻璃平板玻璃透射环透射环反射环反射环 ke 22, 3 , 2 , 1 k2)12(22 ke, 2 , 1 , 0 k明纹明纹暗纹暗纹 222)(eRrR 如图如图: : 为牛顿环半径为牛顿环半径rRre22 er 由于由于 2e,故可略去可略去ARCerOB2)12 Rkr （明明, 3 , 2 , 1 k kRr

10、 暗暗, 2 , 1 , 0 k在介质在介质 中中nnkRr 暗暗例例2 2 氦氖激光器发出的激光波长为氦氖激光器发出的激光波长为 ，以它为光源做牛顿环实验，得到以下的丈量结以它为光源做牛顿环实验，得到以下的丈量结果第果第 个暗环半径个暗环半径 ，第，第 个暗环个暗环半径为半径为 ，求平凸透镜的曲率半径，求平凸透镜的曲率半径R R nm633. 0kmm5 . 15 kmm3 . 2解解: : kRrk Rkrk)5(5 两式平方后相减得两式平方后相减得22)5(5kkrrR mm1010633. 0510)5 . 13 . 2(53662222)5( kkrrR 例3 白光垂直入射到置于空气中的一块透明介质薄膜上，膜的折射率 ，厚度 求在反射光中满足相消干涉条件的那些可见光的波长可见光的波长范围在 之间5 . 1 nnme500 nmnm760400 解：解：2)12(22 kne