大学物理学：14-3薄膜干涉

1、1 相干条件：振动方向相同、频率相等、相位差恒定。分波阵面法， 分振幅法。2 相干光的获得：3 光程：5 半波损失：反射光有半波损失。4 光学系统成像的等光程性6 干涉公式： 暗明7 双缝干涉：中央明条纹，其它是明暗相间的等宽等间距的平行直条纹。明 暗 暗明半球形水膜半球形水膜肥皂膜一 薄膜干涉现象肥皂膜油膜艺术薄膜干涉鸽子脖颈羽毛水面的汽油膜茶水表面的浓缩油滴烧焦的不锈钢炊具表面云中的小水滴碟翼蚌壳表面猫眼石PLDC34E5A1B2二 干涉条件由折射定律PLDC34E5A1B2 反射光的光程差加 强减 弱PLDC34E5A1B2i光程差不附加光程差附加在考虑光程差有无半波损失时需注意：干涉的

2、加强减弱条件:加强减弱 透射光的光程差 注意：透射光和反射光干涉具有互 补 性 ，符合能量守恒定律.根据具体情况而定PLDC34E5A1B21.如果照射到薄膜上的是平行入射光，入射角一定，则不同的薄膜厚度就有不同的光程差，也就有不同的干涉条纹。这种一组干涉条纹的每一条对应薄膜一厚度的干涉，称为等厚干涉。2.如果光源是扩展光源，每一点都可以发出一束近似平行的光线，以不同的入射角入射薄膜，在反射方向上放一透镜，每一束平行光会在透镜焦平面上会取聚一点。当薄膜厚度一定时，在透镜焦平面上每一干涉条纹都与一入射角对应，称这种干涉为等倾干涉。讨论：三、分析薄膜干涉时需注意：1）分清是透射光干涉还是反射光干涉

3、2）光路在传播过程中有无半波损失3）干涉条件中k的取值，保证 当光线垂直入射时 当 时当 时 光学镜头为减少反射光，通常要镀增透膜。1.增透膜 在光学器件中，由于表面上的反射与透射，在器件表面要镀膜，来改变反射与透射光的比例。可有增透膜，增反膜。例如：较高级的照相机的镜头由 6 个透镜组成，如不采取有效措施，反射造成的光能损失可达 45%90%。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 10 倍。四、薄膜干涉的应用 光学镜头为减少透光量，增加反射光，通常要镀增反膜。使两束反射光满足干涉加强条件：2.增反膜由于反射光最小，透射光便最强。增反膜是使膜上下两表面的反射

4、光满足干涉相长条件。增透膜是使膜上下两表面的反射光满足减弱条件。 增透膜和增反膜各种相机镜头上的薄膜色例:为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头（n3=1.52）上镀一层 MgF2 薄膜（n2=1.38），使对人眼和感光底片最敏感的黄绿光 = 555 nm 反射最小，假设光垂直照射镜头，求：MgF2 薄膜的最小厚度。解：k=1,膜最薄氟化镁为增透膜23玻璃不考虑半波损失。SM劈尖角五 劈 尖干涉明纹暗纹设每一干涉条纹对应的薄膜厚度分别为：劈尖干涉（明纹）（暗纹）讨论 1）劈尖为暗纹.2）第k级劈尖的厚度明纹暗纹3）相邻明纹（暗纹）间的厚度差劈尖干涉这个结论对明纹也成立。相邻暗纹之间的厚度差4）条

5、纹间距（明纹或暗纹）劈尖干涉每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动. 4 ）干涉条纹的移动显然，从视场中移动了m个条纹，薄膜厚度改变了： 例 1 有一玻璃劈尖 , 放在空气中 , 劈尖夹角 , 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.解2）测膜厚1）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用空气 3）检验光学元件表面的平整度4）测细丝的直径六 牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差 牛顿环实验装置牛顿环干涉图样显微镜SL M半透半反镜TR光程差明纹暗纹re暗环半径明环半径 4）应用例子:可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等.

6、 1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？工 件标 准 件暗环半径明环半径讨论 测量透镜的曲率半径或测量波长 检查平面玻璃是否平坦，凹透镜的曲率是否付合要求被检体 例2 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SL 例3 如图所示为测量油膜折射率的实验装置 , 在平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波长 的单色光垂直入射下，从反射光中可观察到油膜

7、所形成的干涉条纹 . 已知玻璃的折射率， 问：当油膜中心最高点与玻璃片的上表面相距 时，干涉条纹如何分布？可见明纹的条数及各明纹处膜厚 ? 中心点的明暗程度如何 ? 若油膜展开条纹如何变化?, 油膜的折射率G解 1）条纹为同心圆油膜边缘明纹明纹 当油滴展开时，条纹间距变大，条纹数减少. 由于 故可观察到四条明纹 .油膜扩展e减少，干涉明纹级数变小，出现明纹数目变小，间距增大，中心处明暗交替出现。总结1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距3）条纹的动态变化分析（ 变化时） 4 ）半波损失需具体问题具体分析例 1，用曲率半径为

8、R4.5m的平凸透镜做牛顿环实验，测得第k级暗环半径rk=4.95nm，第k5级暗环半径rk56.065nm，问所用单色光的波长？环数k值？解：例2，在一块光平玻璃板B上，端正地放一锥顶角很大的圆锥形平凸透镜A，在A、B间形成劈角很小的空气薄层，如图，当波长为单色光垂直射向平凸透镜时，可以观测到透镜锥面上出现干涉条纹，求 （1）画出干涉条纹的大致分布，并说明条纹主要特征；2）计算明暗条纹的位置；3）若平凸透镜稍向左倾斜，干涉条纹有何变化？er（1）干涉条纹特点：接触点是暗斑，干涉条纹是以接触点为圆心的一系列同心同环。例3，将平板玻璃覆盖在平凹柱面透镜的凹面上（曲率半径为R），（1）若单色光平行垂直照射，观察反射光的干涉图样，试说明干涉条纹的形状及其分布情况；（2）当照射光波长15000A时，平凹透镜中央A处是暗条纹，然后连续改变照射光波长直到波长变为26000A时，A处重新变为暗的，（在5000A 6000A之间的光波照射不能使A处变暗）求A处平板玻璃和柱面之间空气间隙高度为多少？等厚干涉redA平行圆柱轴线的平行直条纹，而且内疏外密。明暗条纹分布若平板玻璃在下，上面放一凸柱面透镜，形状、特