大学物理薄膜干涉课件

主讲教师：刘秀英预习：§10.4作业：P131，10-7，10-13，10-14§10--3分振幅干涉引言：地面彩色油膜肥皂泡上的彩色条纹PLDC34E5A1B210.3.1薄膜干涉几何路径引起的光程差光线23光程差:利用几何关系：加强减弱PLDC34E5A1B2考虑半波损失：利用干涉条件：根据折射定律：或：透射光的光程差透射光和反射光的光程差相差了半个波长PLDC34E5A1B2F反射加强——透射减弱反射减弱——透射加强注意：透射光和反射光干涉具有互补性，符合能量守恒定律.以后无论是讨论反射光干涉，还是研究透射光干涉，只要研究反射光的光程差即可。计算反射光光程差的步骤：找出两相干光线的光路，写出到相遇点的几何光程差Δ；若两光线相遇前均有(或无)半波损失，则光程差为：Δ若其中仅有一条光线有半波损失，则光程差Δ＋λ／２当时若n1n2n3或n1n2n3无附加光程差/2或n1n2n3若n1n2n3有附加光程差/2薄膜干涉的应用在光学器件中，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。利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。1.增透膜n1<n<n玻i=0n玻

光学镜头为减少反射光，通常要镀增透膜。作用：增透、减反！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。利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。2.增反膜

光学镜头为减少透光量，增加反射光，通常要镀增反膜。例10-4

为增强照相机镜头的透射光，往往在照相机玻璃镜头的表面涂有一层透明的氟化镁(MgF2)薄膜，使对某种照相底片最敏感的波长为550nm的黄绿光透射增强.试问此薄膜的最小厚度应为多少？已知玻璃的折射率为1.50，氟化镁的折射率为1.38.解：因为，所以反射光经历两次半波损失。取k＝0，有薄膜干涉的应用1．增透膜解：2．增反膜例：氦氖激光器中的谐振腔反射镜，要求对=632.8nm的单色光的反射率在99%以上。为此，在反射镜玻璃表面交替镀上高折射率材料ZnS(n1=2.35)和低折射率材料MgF(n2=1.38)的多层薄膜制成，共十三层。求每层薄膜的实际厚度(按最小厚度计算)。ZnSMgF对第一层(ZnS)，取k=1对第二层(MgF)，取k=1n2例有一层折射率为1.33的薄油膜，当我们观察方向与膜的法线方向成30角时，可看到油膜反射的光呈波长为500nm的绿色光，问油膜的最小厚度为多少？

(2)如果从法线方向上看，反射光的颜色为何？30解：(1)将i=30,k=1,n2

=1.33、n1

=1代入dmin=101.4nm(2)从法向看，i=0n2k=1时，1=539.4nm绿色光k=2时，2=179.8nm紫外线，看不见。只见1=539.4nm的绿色光。？背面什么颜色？透射加强反射减弱！薄膜干涉的分类：薄膜同一厚度处对应同一级次干涉条纹；薄膜不同厚度处对应于不同级次干涉条纹；条纹形状与薄膜等厚线相同1）入射角i一定（平行光入射），δ随薄膜厚度d变化等厚干涉2）若薄膜厚度均匀（d一定），δ随入射角i变化同一入射角i对应于同一级干涉条纹；不同入射角对应不同级次的条纹，干涉条纹为一组同心圆环等倾干涉SM劈尖角10.3.2薄膜的等厚干涉明纹暗纹一劈尖干涉～104rad。与棱边平行的明暗相间的条纹劈尖干涉讨论

1）棱边暗纹.光程差只与薄膜的厚度有关，介质表面上的同一条等厚线上，对应同一级次的干涉条纹，称为等厚干涉明纹暗纹介质中波长的一半3）相邻明纹（暗纹）间的厚度差劈尖干涉4）相邻明纹（或暗纹）间条纹间距（明纹）（暗纹）2)第k级条纹处劈尖厚度（明纹）（暗纹）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.

5）干涉条纹的移动定性结论：——膜变厚，条纹向膜较薄处移动；—膜变薄，条纹向膜较厚处移动。条纹移动数目薄膜厚度改变量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12345

L12345

L例：用波长=500nm的单色光垂直照射在由两块玻璃板构成的空气劈尖上。劈尖角=2104rad。如果劈尖内充满折射率为n=1.4的液体，求从劈棱数起第五个明条纹在充入液体前后移动的距离。解：明纹空气劈尖液体劈尖条纹移动的距离二牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成

牛顿环实验装置牛顿环干涉图样显微镜SL

M半透半反镜T干涉条纹是以接触点为圆心的同心圆环。条纹随r的增大而变密！光程差R光程差明纹暗纹re暗环半径明环半径

3）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.

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？工件标准件暗环半径明环半径讨论10.3.3薄膜的等倾干涉干涉条纹的级数决定于入射光的入射角的干涉。实验装置：r薄膜透镜扩展光源“1”“2”“3”“4”屏光线1,2,3,4不是相干光！其产生的干涉圆环进行非相干叠加，提高条纹的亮度！10.3.3薄膜的等倾干涉干涉条纹的级数决定于入射光的入射角的干涉。对于不同倾角i的光入射：倾角i越小，条纹越在里面r倾角i越小，δ越大，条纹级数越高，圆环从外向里，条纹级次逐渐增大。1）当膜厚增加时：圆形干涉条纹向外扩展明纹盯住某条明纹，不变，条纹向外扩展e增加，i增大，讨论：若膜厚发生变化时，条纹的移动情况：2）当膜厚减小时：圆形干涉条纹向里收缩盯住某条明纹，不变，条纹向里收缩e减小，i减小，单色光源反射镜反射镜

10.3.4迈克耳孙干涉仪与成角补偿板分光板移动导轨一迈克耳孙干涉仪反射镜反射镜单色光源的像当不垂直于时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.反射镜反射镜单色光源干涉条纹移动数目迈克尔孙干涉仪的主要特性两相干光束在空间完全分开，并且反射镜可以移动，移动距离移动反射镜移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.插入介质片后光程差变化干涉条纹移动数目介质片厚度介质片折射率例10-9

在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入10厘米长的玻璃管A、B

，其中一个抽成真空，另一个充以一个大气压的空气，在向真空玻璃管中逐