大学物理薄膜干涉

1、18-3 薄膜干涉薄膜干涉 是分振幅干涉。是分振幅干涉。 常见：肥皂泡、油膜、昆虫的翅膀常见：肥皂泡、油膜、昆虫的翅膀 膜为何要薄？膜为何要薄？ 光的相干长度所限。光的相干长度所限。普遍地讨论极为复杂。实际意义最大的是普遍地讨论极为复杂。实际意义最大的是厚度厚度不均匀薄膜表面的不均匀薄膜表面的等厚条纹等厚条纹和和厚度均匀薄膜在厚度均匀薄膜在远处的远处的等倾条纹。等倾条纹。（不要求）（不要求）一、等倾干涉条纹一、等倾干涉条纹2)(12 ADnBCABnn1n1n212ABDC34ei点光源点光源对反射光：对反射光： 、 在在A点同相，在点同相，在C、D以后不产生附加的光程差，以后不产生附加的光程

2、差，12n1n1,应计半波损失。应计半波损失。 减减弱弱（加加强强但但 ), 2 , 1 , 0( 2) 12 )0, 2 , 1( 2sin222122kkkkkinne （进一步推导参见书（进一步推导参见书p166）若是单色光照射，出现明、暗纹；若是单色光照射，出现明、暗纹；若是白光照射，出现彩色条纹若是白光照射，出现彩色条纹n1n1n212ABDC34ei点光源点光源当当i=0（正入射）（正入射）时，时，222 en加不加，看条件加不加，看条件inne22122sin2 对透射光对透射光 、 ：34与反射光形成互补与反射光形成互补反射光干涉反射光干涉相长相长相消相消时，透射光干涉时，透射

3、光干涉 相消相消相长相长倾角相等的光线形成同一条条纹倾角相等的光线形成同一条条纹等倾条纹等倾条纹。e一定一定，i同则同则 同，对应同一条条纹。同，对应同一条条纹。观察等倾条纹的实验装置和光路观察等倾条纹的实验装置和光路in2MLS f屏幕屏幕从点光源发出的单条光线的光路从点光源发出的单条光线的光路从点光源发出的锥面上光线的光路从点光源发出的锥面上光线的光路从点光源发出的锥体上光线的光路从点光源发出的锥体上光线的光路等倾条纹照相等倾条纹照相二、等厚干涉条纹二、等厚干涉条纹1、劈尖（劈形膜）、劈尖（劈形膜）夹角很小的两个平面间的介质薄膜叫夹角很小的两个平面间的介质薄膜叫劈尖劈尖。rad) 1010

4、 (54 ：劈尖角劈尖角 实际应用中实际应用中,大都是大都是平行光平行光入射入射。空空气气劈劈尖尖由于劈尖角极小，反射光由于劈尖角极小，反射光1、2在膜面的光程差可在膜面的光程差可简化简化计算。计算。 反射光反射光1 单色平行光单色平行光入射入射en1n1n2A反射光反射光2(设设n2 n1)A：1、2的光程差的光程差222 en明明2 , 1,2)21(2 knk 暗暗1 , 0,22 knk ee=0(棱边棱边)为为零级暗纹零级暗纹。暗暗1 , 0,2) 12( kk 明明2 , 1, kk =加不加，看条件加不加，看条件膜厚度相等的光线形成同一条条纹膜厚度相等的光线形成同一条条纹等厚条纹

5、等厚条纹。两相邻明（暗）纹对应的薄膜厚度差为两相邻明（暗）纹对应的薄膜厚度差为212neeekk 对空气劈尖，对空气劈尖，n2=1,2 eL两相邻明（暗）两相邻明（暗）纹间距纹间距22sinnLL 干涉条纹为平行于棱干涉条纹为平行于棱边的明暗相间的边的明暗相间的等间距等间距的直条纹（可用读数显的直条纹（可用读数显微镜观察）微镜观察） n2不变，使不变，使 ，则，则条条纹如何纹如何移动？移动？ ，则，则L ，条纹变密，条纹变密，即条纹向即条纹向棱边移动。棱边移动。 根据根据间距间距变化判变化判断条纹移动方向断条纹移动方向22sinnLL 等厚干涉条纹等厚干涉条纹劈尖劈尖不规则表面不规则表面（同一

6、厚度对应同一条条纹）（同一厚度对应同一条条纹）白光入射白光入射单色光入射单色光入射肥皂膜的等厚干涉条纹肥皂膜的等厚干涉条纹2、牛顿环、牛顿环介质薄膜介质薄膜(劈尖劈尖)n1n2n3Re入射入射若若n1n2e入射入射明明1,2 212 k,n/R)k( 暗暗10 2,k,n/kR r牛顿环为同心圆条纹。牛顿环为同心圆条纹。 r ,k ,条纹向外级次越高。条纹向外级次越高。kknRkknRrrrkk 11)1(221 对暗环：对暗环：（对明环可作类似分析）（对明环可作类似分析）k ， r ,条纹向外由疏变密。条纹向外由疏变密。白光入射的牛顿环照片白光入射的牛顿环照片 平凸透镜向上移平凸透镜向上移,

7、条纹怎样移动？条纹怎样移动？ 透射光条纹？透射光条纹？思考题思考题例例2、将一牛顿环装置（玻璃制）由空气搬入水中，、将一牛顿环装置（玻璃制）由空气搬入水中，问干涉条纹（问干涉条纹（ ）(A)变疏变疏 (B)变密变密 (C)间隔不变间隔不变 (D)向外移动向外移动解：解： ken 222对应对应k级明环。级明环。n2 k .456567条纹向内移动，间隔变小，选条纹向内移动，间隔变小，选(B).根据根据级次级次变化判断条纹移动方向变化判断条纹移动方向例例3、(书书p171,例例18-4)一平面光波一平面光波照射厚度均匀照射厚度均匀的薄油膜，油膜覆盖在玻璃板上。所用光波波长的薄油膜，油膜覆盖在玻璃

8、板上。所用光波波长可连续变化。观察到可连续变化。观察到有且仅有有且仅有500nm与与700nm的的光在反射中消失。油的折射率为光在反射中消失。油的折射率为1.3，玻璃的折射，玻璃的折射率为率为1.5.试求油膜厚度。试求油膜厚度。n1=1n2=1.3n3=1.5三、增透膜和增反膜三、增透膜和增反膜(书书p170,自学自学)解：解：500nm与与700nm的光在反射中消失，说明这两的光在反射中消失，说明这两种波长的入射光经薄油膜的上、下表面反射种波长的入射光经薄油膜的上、下表面反射后的反射光干涉相消。后的反射光干涉相消。又：有且仅有又：有且仅有 1= 500nm和和 2= 700nm的光干涉相的光

9、干涉相消，可设它们相消的级次分别为消，可设它们相消的级次分别为k级和级和( k-1)级。级。3 k.1073. 63 . 1250027227421mmnmne 57121212 kk2)12(212 ken21)1(2222 kenn1n2k)上上下下不变不变OA补充作业：补充作业：如图牛顿环装置，平凸透镜中心恰好如图牛顿环装置，平凸透镜中心恰好与平玻璃接触，透镜曲率半径与平玻璃接触，透镜曲率半径R=400cm.用单色用单色光光照射，观察反射光形成的牛顿环，测得第照射，观察反射光形成的牛顿环，测得第5个个明环的半径为明环的半径为0.30cm.（1）求入射光波长。）求入射光波长。（2）设图中）设图中 =1.00cm,求在半径为求在半径为 的范围内的范围内可观察到的明环数目。可观察到