光学薄膜基础知识

1、会计学1光学薄膜基础知识光学薄膜基础知识第1页/共126页2/1201、光学薄膜的发展历史、光学薄膜的发展历史 人类最早发现的五光十色的肥皂泡； 水面上彩色斑烂的油膜； 两玻璃片间的空气层中常呈现出色彩鲜艳的光环； 所有这些现象早在十七世纪就引起了许多自然科学家的注意，他们各自部提出了一些初步解释，但均不令人满意 ； 1801年托马斯 杨干涉实验结果以及菲涅耳对此进一步发扬光大以后，上述现象才彻底为人们弄清，物理光学的基础才从此建立起来今天我们可以说，整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉干涉。 第2页/共126页3/120第3页/共126页4/120第4页/共126页5/120第5页/共126页

2、6/120第6页/共126页7/12020世纪末21世纪初光电子技术得到了飞速发展，光学薄膜器件向性能要求和技术难度更高、应用范围和知识领域更广、器件种类和需求数量更多的方向迅速发展；随着数码相机、数码摄像机、背投电视以及光纤通信的发展，光学薄膜产品需求数量巨大，特对是对偏振分束膜、消偏振分束膜、超窄带滤光片、超宽带截止滤光片等复杂膜系的要求越来越高；第7页/共126页8/120几乎所有的光学系统、光电系统和光电仪器都离不开光学薄膜的应用，而且到目前为止，也没有发现有别的技术可以取代光学薄膜；第8页/共126页9/12020世纪末光通信波分复用技术(DWDM滤光片）今天，新型微结构功能薄膜的出

3、现给光学与光电子薄膜技术注入新的生命力新概念、新材料、新设计、新方法、新应用第9页/共126页10/120第10页/共126页11/120Optical coatings:一般来讲薄膜敷于光学玻璃、塑料、晶体等基底上；Optical layers:光学薄膜的一个特点是分层结构；Optical thin films：通常意义的光学薄膜；Optical layers:光学薄膜的一个特点是分层结构；第11页/共126页12/120rtn厚度为波长量级n能够产生干涉作用n,drt第12页/共126页13/120它研究的对象是膜层对光的反射、透射、 吸收以及位相特性、偏振效应等；简而言之，它主要研究光在

4、分层媒质中的 传播规律性。第13页/共126页14/120n 人们正是利用这种干涉现象，通过改变材料及其厚度等特性来人为的控制光的干涉，根据需要来实现光能的重新分配。第14页/共126页15/120光学薄膜在光学系统中的作用：光学薄膜在光学系统中的作用：提高光学效率、减少杂光。如高效减反射膜、高反射膜。 实现光束的调整或再分配。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根据不同需要进行能量再分配的光学元件。通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜等 第15页/共126页16/120镀膜眼镜幕墙玻璃滤光片ITO膜车灯、冷光镜

5、、舞台灯光滤光片光通信领域：DWDM、光纤薄膜器件红外膜投影显示第16页/共126页17/1204、光学 是关于电磁辐射的产生、传播、接收和显示以及与物质相互作用的应用型科学。第17页/共126页18/120可用统一的电磁理论处理各种波长的电磁现象可用统一的电磁理论处理各种波长的电磁现象1 10-10mA可见光：可见光：400700nm第18页/共126页19/120第19页/共126页20/120光纤光纤(光导纤维光导纤维)的基本原理的基本原理第20页/共126页21/120 人在水上看到人在水上看到物体的像，比实际物体的像，比实际物体位置偏上，感物体位置偏上，感觉水比较浅。觉水比较浅。第2

6、1页/共126页22/120第22页/共126页23/120有大气，看到太阳更早有大气，看到太阳更早没有大气，将迟一些看到太阳没有大气，将迟一些看到太阳第23页/共126页24/120光经过不均匀的大气时发生折射光经过不均匀的大气时发生折射，形成的虚像。，形成的虚像。第24页/共126页25/120海市蜃楼海市蜃楼 第25页/共126页26/120第26页/共126页27/120只闻其声，不见其人只闻其声，不见其人衍射是波特有的性质！衍射是波特有的性质！第27页/共126页28/120公元前公元前468376年年 第28页/共126页29/120Euclid，公元，公元前前330275年年 第

7、29页/共126页30/120折入第30页/共126页31/120第31页/共126页32/120牛顿牛顿 第32页/共126页33/1205 , 3 , 16 , 4 , 2 , 0为波动光学提供了为波动光学提供了重要手段重要手段第33页/共126页34/120惠更斯惠更斯 直到十八世纪，微粒说占统治地位直到十八世纪，微粒说占统治地位第34页/共126页35/120托马斯托马斯杨杨第35页/共126页36/120第36页/共126页37/120222210EEct麦克斯韦麦克斯韦DtBEtDjHc0B1887年，赫兹发现了电磁波年，赫兹发现了电磁波 电磁光学建立电磁光学建立真空中：真空中：2

8、22210BBct00299792458 1c 米秒 1832年年,法拉第猜想法拉第猜想:电磁作用可能以波的电磁作用可能以波的形式传播，而且光可形式传播，而且光可能就是一种电磁波动能就是一种电磁波动 第37页/共126页38/120黑体辐射曲线黑体辐射曲线黑体辐射黑体辐射能量随波长分布能量随波长分布1900年，普朗克的量子假说：年，普朗克的量子假说： 某种频率光的能量是以某一最某种频率光的能量是以某一最小单位产生小单位产生成功解释了黑体辐射问成功解释了黑体辐射问题，开始了量子光学时题，开始了量子光学时期期普朗克普朗克第38页/共126页39/120光电效应、康普顿效应光电效应、康普顿效应光电效

9、应光电效应Ehhp 爱因斯坦爱因斯坦光同时具有波动和微粒两种特性光同时具有波动和微粒两种特性第39页/共126页40/120光的电磁场描述第40页/共126页41/120第41页/共126页42/120第42页/共126页43/120第43页/共126页44/120第44页/共126页45/120第45页/共126页46/120第46页/共126页47/120第47页/共126页48/120第48页/共126页49/120光的波动方程第49页/共126页50/120第50页/共126页51/120第51页/共126页52/120第52页/共126页53/120第53页/共126页54/120第

10、54页/共126页55/120第55页/共126页56/120第56页/共126页57/120振幅频率初相位光的电磁波描述表达式振幅、相位、频率和偏振是描述光的四个参量0( , )cos()E r tEtk r 第57页/共126页58/120第58页/共126页59/120 5、光波的偏振性、光波的偏振性Ev0H5.1横波与偏振：横波与偏振：纵波纵波振动方向振动方向/传播方向，唯一的传播方向，唯一的横波横波振动方向振动方向 传播方向，不唯一的传播方向，不唯一的结论：结论：（1 ）只有横波才具有偏振性）只有横波才具有偏振性（2）光是横波也具有偏振性）光是横波也具有偏振性第59页/共126页60

11、/120二向色性二向色性如墨镜如墨镜,立体电影立体电影,偏振显微镜偏振显微镜 自自然然光光线线偏偏振振偏振片偏振片演示演示定义：定义： 具有二向色性材料制成的具有二向色性材料制成的,只允许特定振动方向只允许特定振动方向的光通过的光学器件的光通过的光学器件.-只允许通过某方向的振动只允许通过某方向的振动,而对其垂直方向而对其垂直方向则强烈吸收则强烈吸收.天然材料：少数晶体。例电气石天然材料：少数晶体。例电气石,硫酸碘奎宁硫酸碘奎宁应用应用:无光出射第60页/共126页61/120自自然然光光线线偏偏振振偏振片偏振片2.1 光的三种偏振态光的三种偏振态1. 自然光：自然光：光矢量具有各个方向的振动

12、光矢量具有各个方向的振动,且各方向振动几率且各方向振动几率相等相等,彼此独立彼此独立(各振幅相等各振幅相等无固定位相关系无固定位相关系)。几何表示几何表示:. . . . . .021IIIYX定义定义 : I0021II 出自然光通过偏振片的光强变化自然光通过偏振片的光强变化I 0偏振片转动偏振片转动, 透射光强不变。透射光强不变。19-2 自然光和线偏振光自然光和线偏振光; 马吕斯定律马吕斯定律xIyI0I(由于振动平面的无规则取向由于振动平面的无规则取向,使光矢量具有环绕传播方向的对称性使光矢量具有环绕传播方向的对称性.)产生：产生： 举例：阳光、白炽灯、普通光源举例：阳光、白炽灯、普通

13、光源0/21IIIt出射光强/02IIII入射光强第61页/共126页62/120-马吕斯定律马吕斯定律2. 线偏振光线偏振光-光矢量只限于一个确定的振动方向的光光矢量只限于一个确定的振动方向的光.几何表示几何表示.线偏振光通过偏振片的光强变化线偏振光通过偏振片的光强变化定义定义:-马吕斯定律马吕斯定律A2 cosA1=a0AI0. .自然光自然光线偏振光线偏振光I2I11P2P1A2A2Aa1A2P1Pa a a a 2021221CosICosII产生：例：自然光经偏振片后的光，液晶显示的光产生：例：自然光经偏振片后的光，液晶显示的光-入射偏振光振动方向与入射偏振光振动方向与p2透振方向的

14、夹角透振方向的夹角a第62页/共126页63/120马吕斯定律马吕斯定律讨论讨论: 1.a, 021/ PP最亮MaxIII122.23,2a21PP 全暗min20II转动偏振片转动偏振片P2, 可看到光强由最亮变到全暗可看到光强由最亮变到全暗a aa a2021221CosICosII . .自然光自然光线偏振光线偏振光I2I11P2P1A2A3. P1-起偏器起偏器- 将非偏光变成线偏光的器件将非偏光变成线偏光的器件 起偏器起偏器检偏器检偏器a2A1A2P1PP2-检偏器检偏器检验光的偏振态的器件检验光的偏振态的器件（偏振片、玻璃、尼科耳等）（偏振片、玻璃、尼科耳等）（偏振片、玻璃、尼科

15、耳等）（偏振片、玻璃、尼科耳等）第63页/共126页. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第64页/共126页. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第65页/共126页. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第66页/共126页. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏

16、振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第67页/共126页. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第68页/共126页. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第69页/共126页. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第70页/共126页. . . .起偏器起偏器检

17、偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零第71页/共126页72/1203、部分偏振光、部分偏振光（介于线偏和自然光之间的一种光）（介于线偏和自然光之间的一种光）几何表示几何表示:定义定义:通过偏振片的光强通过偏振片的光强E-各方向振动都有且位相独立，但在某个方向的振各方向振动都有且位相独立，但在某个方向的振动占优势动占优势, 关于传播轴成非球对称分布关于传播轴成非球对称分布. . .mxII xMyIII产生：例：偏振片吸收不好产生：例：偏振片吸收

18、不好,透射光为部分偏振光透射光为部分偏振光, 折射光折射光,反射光反射光. .mmMIIIa2cos)(入射光强：入射光强：I0=IM+Imaa22sincosmMPIII透射光强：透射光强：0 minIIMAX自线ICosI212a转动偏振片转动偏振片P2, 可看到光强由最亮变到较暗（不是全暗）可看到光强由最亮变到较暗（不是全暗）第72页/共126页73/120透振方向相互平行透振方向相互平行第73页/共126页74/120透振方向成透振方向成 45 度度第74页/共126页75/120透振方向相互垂直透振方向相互垂直第75页/共126页76/1204、圆偏振光（、圆偏振光（P=1）定义定义

19、几何表示几何表示:只有一个只有一个 其大小不变，方向随其大小不变，方向随t转转,E端点轨端点轨 迹为一个圆。（分左旋、右旋）迹为一个圆。（分左旋、右旋）EEzAxAy时间平均效果时间平均效果Ax，Ay完全相关完全相关圆光的产生圆光的产生202/IAIp透射光：2/22/02AAAI入射光：)cos(tAyytAxxcos0AAAyx22022Ayx右旋2左旋2xyA2-同频、同幅、同频、同幅、 二垂直线偏光合成二垂直线偏光合成检偏：检偏：I0IP AA/PA/A 不变偏振片转动光强PI第76页/共126页77/1202222cos)(xxyAAAaaa2222/2/2/sincoscos2xy

20、xyxyPAAAAAAI干涉：aasincos/xxyyAAAA透射光：220 xyAAI入射光：12222yxAyAx5、椭圆偏振光、椭圆偏振光定义定义t时，一个时，一个 ， 大小方向随大小方向随t转，转， 端点轨迹为一端点轨迹为一 个椭圆。个椭圆。EEE几何表示几何表示:椭圆光的产生椭圆光的产生zAxAy时间平均效果时间平均效果 Ax，Ay完全相关完全相关2同频、不同幅同频、不同幅 的互相垂直的二线偏光合成的互相垂直的二线偏光合成检偏：检偏：I0IPaPxyAyAxAy/Ax/P转动时转动时IP在在Imax和和Imin间变化间变化。mmMIIIa2cos)(第77页/共126页78/120

21、反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 实验和理论表明：实验和理论表明：反射光反射光: S 分量强度较大，分量强度较大，折射光折射光: P 分量强度较大。分量强度较大。以任意角度入射以任意角度入射自然光自然光以任意角入射时以任意角入射时, ,反射和折射光一般都为部分偏振光。反射和折射光一般都为部分偏振光。.in1n2rS.P|入射面分量入射面分量分解自然光入射sp/:结论结论: :反射和折射光的偏振性反射和折射光的偏振性1812年布儒斯特经大量实验发现：年布儒斯特经大量实验发现： -反射光的偏振化程度取决于入射角反射光的偏振化程度取决于入射角i，第78页/共126页79/120布儒斯特定律布

22、儒斯特定律1812-起偏角起偏角iB090 riB证证:12nntgiB布儒斯特定律布儒斯特定律BBBCosiSininntgi 12 sin)sin(cossin2022190ninininBBB 证毕证毕折射光反射光 自然光自然光以以iB入射入射P分量全部折射分量全部折射-反射光只有反射光只有S分量分量-线偏振光线偏振光.S分量不全反射分量不全反射-折射光有折射光有SP分量分量-部分偏光部分偏光.i0i0n1n2r例：-当当光以光以某特定某特定角角 iB 入射，则入射，则反射反射光为振动垂直于入射面的线偏振光。光为振动垂直于入射面的线偏振光。iBiB. . .iB.第79页/共126页80

23、/120 理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的自然光总能量的7.4%，而约占，而约占85%的垂直分量和的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。全部平行分量都折射到玻璃中。 为了增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆为了增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆的办法。一束自然光以起偏角的办法。一束自然光以起偏角56.30入射到入射到20层平板层平板玻璃上，如图：玻璃上，如图：Bi1.51.51.51.01.01.01.0第80页/共126页81/120例题例题3：已知某材料在空气中的布儒斯特角：已知某材料在空气中的布儒斯特角 i0 = 58

24、0 ， 求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率 为为 1.33），求布儒斯特角？该材料对水的相对），求布儒斯特角？该材料对水的相对 折射率是多少？折射率是多少？设该材料的折射率为设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为，空气的折射率为16 . 1599. 158tan1tan00 ni2 放在水中，则对应有放在水中，则对应有2 . 133. 16 . 1tan0 水nni003 .50 i所以：所以：该材料对水的相对折射率为该材料对水的相对折射率为1.2解：解：1第81页/共126页82/120光的双折射光的双折射双折射现象及规律双折射现象及规律1.定

25、义定义: 一束光入射一束光入射各向异性介质各向异性介质 晶体被折射为两束的现象。晶体被折射为两束的现象。寻常光（寻常光（o光）光）遵从折射定律的光线遵从折射定律的光线非常光（非常光（e光）光） 不遵从折射定律的光线不遵从折射定律的光线演示演示（e光）光） （o光）光）常数常数ooonnnii 1221sinsin非非常常数数eeennnii 1221sinsin（e光）光） （o光）光）第82页/共126页83/120方解石晶体的双折射现象方解石晶体的双折射现象第83页/共126页84/120光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体双双折折射射方解石方解石 晶体晶体光光光光光光光光 光光光光

26、 光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光 光光光光光光光光光光光光光光光光光光.oeACDB.eo第84页/共126页85/1202. o. e 光的异同光的异同 (1) o,e 光皆是线偏振光光皆是线偏振光(2) o,e光的偏振方向不同光的偏振方向不同(3) o光沿各方向传播的速度相同光沿各方向传播的速度相同e光沿各方向传播速度不相同光沿各方向传播速度不相同);(eOEE特例)(incvncvncvee0o（e光）光） （o光）光）Vevo第85页/共126页86/120几个关于晶体的概念几个关于晶体的概念1.光轴光轴:当光线沿一方向传播时无双当光线沿一

27、方向传播时无双 折射折射.称称该方向该方向为晶体的光轴为晶体的光轴单晶单晶(方解石方解石石英）石英）双晶双晶(云母云母硫磺）硫磺）3.主截面主截面:光轴与自然晶面法线所组成的平面光轴与自然晶面法线所组成的平面*。 推论推论:光轴方向光轴方向-n0=ne v0=ve78010200Eo;光主平面eEe/;光主平面2.主平面主平面:折射光与光轴构成的面折射光与光轴构成的面.三线共面三面重合 主平面主截面入射面;e;o;光光入射光e0EE*特例特例:当入射光线在主截面内时当入射光线在主截面内时.光轴光轴第86页/共126页87/120单晶中单晶中 o, e 光的波阵面光的波阵面 1. O光波面光波面

28、:的球面半径以光源为圆心的10tR,2. e光波面光波面:正晶体正晶体光轴光轴vevovevonone*以光轴为对称轴以光轴为对称轴,与与“o”波面相切的波面相切的旋转椭球面旋转椭球面负晶体负晶体光轴光轴vovevevonone*波面波面e波面波面o主折射率主折射率第87页/共126页88/1205、 光的干涉光的干涉1 光的叠加原理光的叠加原理 光传播的独立性：光传播的独立性：两列波在某区域相遇后两列波在某区域相遇后再分开，传播情况与未相遇时相同，互不干扰再分开，传播情况与未相遇时相同，互不干扰. 光的叠加性：光的叠加性：在相遇区，任一质点的振动在相遇区，任一质点的振动为二波单独在该点引起的

29、振动的合成为二波单独在该点引起的振动的合成.第88页/共126页89/120 频率相同、振动频率相同、振动方向平行、相位相同方向平行、相位相同或相位差恒定的两列或相位差恒定的两列光相遇时，使某些地光相遇时，使某些地方振动始终加强，而方振动始终加强，而使另一些地方振动始使另一些地方振动始终减弱的现象，称为终减弱的现象，称为光的干涉现象光的干涉现象.2 光的干涉光的干涉第89页/共126页90/120 波频率相同，振动方向相同，位相差恒定波频率相同，振动方向相同，位相差恒定 例例 水波干涉水波干涉 光波干涉光波干涉 某些点振动始终加强，另一些点振动始终某些点振动始终加强，另一些点振动始终减弱或完全

30、抵消减弱或完全抵消. ( (2) )干涉现象干涉现象满足干涉条件的波称相干波满足干涉条件的波称相干波.( (1) )干涉条件干涉条件第90页/共126页91/120波源振动波源振动)cos(111tAy)cos(222tAy)2cos(1111rtAyP)2cos(2222rtAyP点点P 的两个分振动的两个分振动(3)(3)干涉现象的定量讨论干涉现象的定量讨论1s2sP*1r2r第91页/共126页92/120)cos(21tAyyyPPP)2cos()2cos()2sin()2sin(tan122111222111rArArArAcos2212221AAAAA12122rr 定值定值1s2

31、sP*1r2r第92页/共126页93/120cos2212221AAAAA合振幅最大合振幅最大当当.3, 2, 1, 02kk 时21maxAAA合振幅最小合振幅最小21minAAA当当12 k位相差位相差 决定了合振幅的大小决定了合振幅的大小. .干涉的位相差条件干涉的位相差条件讨讨 论论第93页/共126页94/120位相差位相差)2()2(1122rr) 12(22221kkrr加强加强减弱减弱称为波程差称为波程差（波走过的路程之差）（波走过的路程之差）21rr 2221rr则则如果如果 即相干波源即相干波源S1、S2同位相同位相12第94页/共126页95/120 将合振幅加强、减弱

32、的条件转化为干涉将合振幅加强、减弱的条件转化为干涉的波程差条件，则有的波程差条件，则有当当时（半波长偶数倍）时（半波长偶数倍）合振幅最大合振幅最大krr2121maxAAA当当时（半波长奇数倍）时（半波长奇数倍） 合振幅最小合振幅最小 2) 12(21krr21minAAA干涉的波程差条件干涉的波程差条件第95页/共126页96/120ooB实实 验验 装装 置置1s2sspddddxd杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验rsin12drrr波程差波程差x1r2r dd/tansindx第96页/共126页97/120实实 验验 装装 置置ooB1s2ssrx1r2r ddpk dxdr加强加强,

33、 2 , 1 , 0k2) 12(k 减弱减弱第97页/共126页98/120(2 1)2xrdkd 相邻明纹（或暗纹）间距相邻明纹（或暗纹）间距dxd(2 1) ,k0,1,2,3.2dxkd 01 2 3dxk, k?d ， ， ，干涉相长，明纹干涉相长，明纹干涉相消，暗纹干涉相消，暗纹xrdkd 第98页/共126页99/120(1) (1) 一系列平行的明暗相间条纹；一系列平行的明暗相间条纹； (3)(3)条纹特点：条纹特点：(2) (2) 条纹等间距；条纹等间距；dxd (4) (4) 中间级次低；且中央条纹中间级次低；且中央条纹 为明条纹。为明条纹。（5） 用用复色光复色光作实验时

34、，作实验时，各明暗条纹的间距并不相各明暗条纹的间距并不相同同。波长较短的单色光，条纹较密；波长较长的单色。波长较短的单色光，条纹较密；波长较长的单色光，条纹较稀。光，条纹较稀。用白光作实验，则只有中央条纹为白色，用白光作实验，则只有中央条纹为白色，其两侧形成由紫而红的彩色条纹。其两侧形成由紫而红的彩色条纹。第99页/共126页100/120( (1) ) 一定时，若一定时，若 变化变化, , 则则 将怎样变化？将怎样变化？ dd、xdxd第100页/共126页101/120( (2) ) 一定时一定时, ,条纹间距条纹间距 与与 的关系如何？的关系如何？xd d、dxd第101页/共126页1

35、02/120在双缝干涉实验中：在双缝干涉实验中：（1）如何使屏上的干涉条纹间距变宽？如何使屏上的干涉条纹间距变宽？（2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时，将双缝干涉装置由空气中放入水中时，屏上的干涉条纹有何变化屏上的干涉条纹有何变化？（3）若若S1、S2两条缝的宽度不等，条纹有何两条缝的宽度不等，条纹有何 变化？变化？思考题思考题dxd第102页/共126页103/120例例1 1 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的彩色光谱？辨的彩色光谱？解解: : 用白光照射时，用白光照射时，0 0级明纹为白光级明纹为白光; ;kdxkd红红(1)(1)

36、kdxkd紫紫当当k k级红明纹位置等于级红明纹位置等于k+1k+1级紫明纹位置时，级紫明纹位置时，光谱恰好发生重叠。光谱恰好发生重叠。其它级：内紫外红其它级：内紫外红01 2 3dxk, k?d ， ， ，第103页/共126页104/120 将将 红红 = 7600， 紫紫 = 4000代入得代入得 k=1.1 紫红)1( kk只有第一级彩色光谱是清晰可辨的。只有第一级彩色光谱是清晰可辨的。因为因为 k只能取整数，所以应取只能取整数，所以应取 k=2dkd红(1)dkd紫第104页/共126页105/1206 光学薄膜的基本原理光学薄膜的基本原理光在真空中的速度光在真空中的速度001c光在

37、介质中的速度光在介质中的速度1uncu1uc真空中的波长真空中的波长介质的折射率介质的折射率n介质中的波长介质中的波长第105页/共126页106/120)(2cos1101rTtEE)(2cos2202rTtEE*1sP1r*2s2rn第106页/共126页107/120 波程差波程差 12rrr 相位差相位差 )(2)(212rTtrTt*1sP1r*2s2rnn介质中的波长介质中的波长第107页/共126页108/120)(212rr)(212rnr 物理意义物理意义：光程就是光在介光程就是光在介质中通过的几何路程按相位差相质中通过的几何路程按相位差相等折合到真空中的路程等折合到真空中的

38、路程.nrr*1sP1r*2s2rn ( (1) )光程光程: 介质折射率与光的几何路程之积介质折射率与光的几何路程之积 =nr第108页/共126页109/120( (2) )光程差光程差 (两光程之差两光程之差)12rnr光程差光程差*1sP1r*2s2rn2 相位差相位差第109页/共126页110/120 干涉干涉加强加强,2, 1 ,0,kk,2,1 ,02,kk 干涉干涉减弱减弱, 2 , 1 , 0,2) 12(kk,2, 1 ,0, )12(kk第110页/共126页111/120FABo二二 透镜不引起附加的光程差透镜不引起附加的光程差FAB焦平面焦平面第111页/共126页

39、112/120P1n1n2n1M2MdL三三 薄膜干涉薄膜干涉ADCD12sinsinnni12nn iDC34E5A1B2第112页/共126页113/120ADnBCABn1232)(dBCAB cosid sin tan 22P1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn iACAD sin第113页/共126页114/1202cos22sin1cos222232dnnd2sin222122rinnd 反反射光的光程差射光的光程差rk加加 强强), 2, 1(k2) 12(k减减 弱弱),2, 1 ,0(kP1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn 第114页/共126页115/120innd22122tsin2 透透射光的光程差射光的光程差注意：注意：透射光和反透射光和反射光干涉具有互补射光干涉具有互补 性性 ，符合能量守恒，符合能量守恒定律定律.根据具体根据具体情况而定情况而定2/sin222122rinndP1